NASA的又一个\"大新闻\"：火星之水

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NASA上周神神秘秘地暗示自己在火星上有了大发现，会在美国东部时间9月28日上午11时30分召开新闻发布会公布这一发现——但是，熟悉NASA的人都知道，这种神秘兮兮的把戏最后抛出来的肯定不是你们想要的了！还记得上次NASA的“大新闻”吗？只不过是在已有的上千颗地外行星上加了几百颗，其中有一颗比以往更可能是石头做的而已。
这次也一样：当然是大发现，只是不是你们想要的那种大发现。想接受剧透的洗礼？往下看。
不过，眼见和NASA关系密切的电影《火星救援》即将在北美上映，这边厢NASA就卖起了火星的关子，有网友忍不住吐槽：你们是不是在火星上发现了马克·沃特尼（《火星救援》的主人公）？



半小时后，NASA的发布会就会开始了。他们要说的是什么呢？其实就是一篇新论文……
在刚刚发表在《自然·地球科学》上的一篇论文中，研究者称他们了现今火星上存在液态水的证据。是的，是现今的液态水，不是很久以前的水，也不是冰（后两者我们早知道了）。
可惜，这水不能直接喝：这是“卤水”，还不能用来卤蛋。
故事最早发生在2011年。当时亚利桑那大学的本科生卢金德拉·欧嘉（Lujendra Ojha）在研究NASA高分辨率影像实验（High Resolution Imaging Science Experiment，HiRISE）获取的影像时，发现了一些窄而且低反射率的条带。这些条带比周围要暗40%，像是小型的沟壑。这种沟壑一般宽在5米以下，长度各异，最长可以达到1.2千米。
灰色狭长部分显示的便是火星地表的小型沟壑。图片来源：NASA/JPL/University of Arizona
迷之沟壑

这种沟壑发育在比较陡峭的山坡上（坡度大于25°），有季节性的变化，一般在火星的春末开始发育或生长，在初冬之后变小或消失，往复如此。
欧嘉和同事把这种像沟壑一样的东西命名为“季节性斜坡纹线”（Recurring slope lineae，RSL）。RSL不仅呈现季节性变化，在一天之内也会有明显的变化，比如一天最大可以延长20米。
火星RSL的年际变化。A图所示是一个陨石撞击坑，周缘发育了一系列的RSL，黑色箭头指示了一些RSL的位置。A图中下方的方框为B~E各图所反映的位置。B图是28火星年（MY）夏末的RSL发育情况，C图是29火星年初春RSL衰退后的情况，C图是晚春时节RSL重新发育，D图是初夏RSL的情况。图片来源：参考文献[3]
随着越来越多的RSL被发现，它们的分布规律也越来越明显。早期仅在南半球32°至48°之间发现有RSL，随后在火星南北半球的低纬度地区也确认了12个RSL分布区，最北的一个位于北纬35°。可以明显看出，南半球的RSL更多。此外，RSL多发育在山坡的向阳面。
黄色点是RSL分布的区域，可以明显看出主要分布在南半球，而且在较暗的地区（反射率低）图片来源：参考文献[2]
火星上为什么会有RSL，它们又为什么会有这些变化呢？对这种现象有好几种解释，其中一种认为RSL可能类似于火星两极沙丘上二氧化碳季节性的解冻（Defrost）。在火星两极的沙丘下，存在着冰冻的二氧化碳。它们在夏季会解冻，冲出沙丘产生沙流，在沙丘上留下沟壑一样的东西。
但是，火星的中低纬度地区温度比较高，不存在封冻二氧化碳的条件。所以，这种现象还有另外一种解释：这可能是火星表面的液态水流所致。
由于火星表面的温度比地球低不少，通常被认为不适合液态水存在。但是，在RSL发育的地方，温度普遍高于250K（相当于-23.15℃），一般在273K以上。
如果有盐类溶解到水中（即卤水），水的凝固点可以被显著降低，最高可以降低80K。此外，盐类的存在还能显著降低水的蒸发率，并能吸收大气中的水分以维持自身。也就是说，RSL可能是火星地表的盐水溶液流动形成的。
但是，以上解释在此前都只是推测——直到这项最新的研究为火星表面卤水的假设提供了有力的证据。
新的研究结果表明，RSL（图中暗色细纹）的形成源于流淌在火星表面的卤水。NASA/JPL/University of Arizona
光谱证据

在这项新发表的研究中，研究人员利用集成火星普查光谱仪（Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars，CRISM）获取了RSL发育地区的影像。由于不同的物质对光的吸收和反射能力不同，通过定量分析不同波段光在某位置被吸收和被反射的程度，并与已知物质的光谱特征相比较，研究人员就能推测火星表面该位置上的物质的成分或组成了。
研究者提取了影像上RSL发育地区的光谱，把它与实验室测得的不同矿物或混合物的光谱作了比较。一般来说，如果矿物中存在有分子水（H2O）或OH团，就会在光谱曲线上特定的波段形成强烈的吸收波谷。而他们在RSL发育地区的测量结果中恰恰也有这样的特征吸收波谷存在。
RSL发育地区的光谱分析。a和b分别是所测量像元的位置；c图示测量结果，不同颜色分别对应于a和b图中不同颜色的框，黑线是拟合曲线。d图是实验室不同的含结晶水的矿物的测量结果。可以看出，在1.48μm、1.9μm和2.14μm处有明显的吸收波谷。图片来源：参考文献[1]
综合多个对比研究结果，由于火星上不同RSL发育地区的光谱特征和高氯酸镁、氯酸镁、氯化镁以及高氯酸钠的光谱相符合，研究者认为在RSL发育地区含有这些易溶于水的矿物。以往的探测发现火星表面普遍存在这类可溶性的盐类，RSL区域的矿物很可能是这些盐溶于水后再沉淀富集而成的。
简而言之，上述结果提供了现今火星上存在液态水的有力证据，而且这种水是卤水。
那么问题来了：
水从哪里来？

目前为止，这个问题尚没有确切的答案。RSL主要分布在中低纬度地区，发生在温度较高的季节，多在向阳的山坡上，而且那些地方表面比较暗（对太阳光的反射较弱）。
一种假说认为RSL的水可能来源于冰。但是，中低纬度、夏季、向阳，这种地方的冰会很快会发或流失，不大可能为RSL提供所需的水。
形成RSL所需的水从哪里来？目前还没有确切的答案。图片来源：NASA/JPL/University of Arizona
另外一种观点认为，水来自于空气——当然不是直接来自空气，而是通过一些矿物的潮解（deliquescence）把空气中的水固定下来。一些矿物容易能够自发吸收空气中的水，如常用作干燥剂的氯化钙，研究人员在RSL中发现的氯酸镁等矿物也具有吸水性。当温度较高时候，这些矿物吸附的水就会释放出来，成为液态流水，形成RSL。但问题是，火星大气中的水能够支撑形成如此多的RSL吗？不一定。
南美洲阿塔卡玛沙漠在智利安托法加斯塔一带的地质条件，一直被认为近似于火星地表，那里极端干燥，能有微生物活跃的唯一环境便是存在潮解盐类的地区。那么，如果RSL的形成确实和高氯酸盐的潮解有关，那么它们的存在可能就为生命在近地表提供了一个潮湿的环境——这些地区，将是未来火星生命探索的一个方向。
（编辑：Calo）
参考文献：

       

• Ojha. Lujendra, et al. McEwen, Alfred S., et al.  Recurring slope lineae in equatorial regions of Mars.  Nature Geoscience  (2015)       
  
• McEwen, Alfred S., et al. Recurring slope lineae in equatorial regions of Mars.  Nature Geoscience 7.1 (2014): 53-58.       
  
• McEwen, Alfred S., et al. Seasonal flows on warm Martian slopes.  Science333.6043 (2011): 740-743.       
  
• Matthew Chojnacki, What’s Seeping on Mars? Recurring Slope Lineae. Planetary.org
  

文章题图：NASA/JPL/University of Arizona

bwk105ah

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Soft189u

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mctahxub

板凳~

nthonyleeeee

就酱啊。。。。但媒体会告诉我们以后去火星不用带水了。