科学家在火星地表下发现纯净水冰,杨荣山人类

原标题:科学家在火星地表下发现纯净水冰,人类是否能够移民火星?

在火星的地表之下,冻结着巨量的水冰。但那些冰的特性——它们有多纯净,往下有多深,以及是什么形状——对行星地质学家来说仍然是个谜。

这些问题对太空任务的规划者来说,同样重要:未来的火星旅客,不管他们是短期停留还是长期定居,都需要对火星地表之下的水冰储量有所了解,以便对其加以利用,无论是用作饮用水、种植农作物,或是转化为氢燃料。

科学家在火星地表下发现纯净水冰,杨荣山人类

地表的侵蚀作用将火星的地下冰层暴露出来,这些冰层体积庞大、截面陡峭,而且十分纯净。在美国宇航局HiRISE摄像头拍摄的这张伪彩色合成图像中,一条狭长的冰层带在火星地表呈现出深蓝色。科学家最近发现了八条这样的冰层带。

麻烦在于,火星地表的尘土、岩石和其他污染物使得科学家难以开展研究。登陆火星的探测器可以挖掘或钻入火星地表几厘米深,雷达也可以让科学家探知地表之下数十米有什么东西。但在这两种深度之间(地下20米左右),地下冰层的地质情况很大程度上仍未探明。

幸运的是,地表会发生侵蚀作用。忘掉雷达和钻探机器人吧:找到一个被侵蚀得无遮无掩的地点,你能直接看到火星的地下岩层,以及藏在那里的冰(如果有的话)。

现在,科学家已经发现了这样一处地点。事实上,在HiRISE(高解析度成像科学设备,这是安装在美国宇航局火星勘测轨道飞行器上的强大摄像头)的帮助下,科学家已经找到了好几处这样的地点。

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在近日出版的《科学》杂志上,由美国地质勘探局行星地质学家科林·邓达斯(Colin Dundas)领导的研究人员发表了对八个火星地点的详细观测结果。在侵蚀作用下,这些地点暴露出体积庞大、截面陡峭的地下冰层。值得注意的不仅仅是他们发现的水量(科学家早已知道,火星的这些特定区域蕴藏着大量水冰),更在于开采它们的容易程度。这些水冰矿藏的起始深度只有1米,而最深处达到了100米。科学家没有估测可见水冰的体积,但他们指出,地表附近的冰量可能要比几个地点暴露在外的冰量更多。更重要的是,那些水冰看起来非常纯净。

美国宇航局把对太空资源的利用称为“就地资源利用”(ISRU),该机构认为,这将是在深空生存的关键。ISRU规划人员尤为感兴趣的是水冰的深度,以及纯冰与火星表土混合的比例。水冰的纯净度越高,距地表越近,开采它们并加以利用所需的能量就越少。

这次发现的水冰并非晶莹剔透。多年来的观测显示,火星上的冰正通过升华作用,缓慢地把水输送到大气中;有迹象表明,随着水冰消失,岩石和沉积物正从中释出。不过,冰中包含一些杂质也在意料当中。邓达斯及其同事提出了一种假说,认为这些冰源于雨雪,是在数百万年间分批次降落下来的。研究人员认为,一些岩石杂质或许就是在下一场降雪到来前,被冻结在冰中的,但包裹在杂质周围的水冰相对来说还是比较纯净的。

“当你在火星上看到亮晶晶的东西,那通常是冰。”美国宇航局喷气推进实验室火星计划办公室的首席科学家理查德·祖瑞克(Richard Zurek)说。他本人并未参与上述研究。火星上的大部分物质都只会反射很少一部分光线,“但这些暴露部分的星体反照率数据显示,这是非常明亮的东西。”祖瑞克说,“而且光谱仪读数表明,这是水冰,并非冰冻的土壤,后者更难被转化为水资源。”

不过现在,别急着打包行李准备飞到火星。邓达斯及其同事观测到的八个地点都位于火星的中高纬度地区,在赤道以南或以北的55-60度之间,那里的气温可能会降到非常低。而大多数火星任务都把着陆点限定在赤道两侧30度以内;未来进行载人火星任务时,着陆点也极有可能选择在这一区域。正如祖瑞克所说,“如果你想暖和点,待在夏威夷要比阿拉斯加更好。”

一方面,理想的着陆点更接近赤道,而另一方面,更高的气温会把冰层逼入更深的地下,使得它们更难被开采。祖瑞克说,“所以,在确定基地位置之前,我们要深入研究,调查清楚。”

此类计划已在制定当中。“我确信,我们目前还没有发现所有的暴露冰层。”邓达斯表示。他认为在距离赤道更近的地方,肯定还有更多这样的区域。美国宇航局的“火星2020”探测器装备了探地雷达,可以对神秘的火星上表层进行探测。欧洲航天局的ExoMars探测车同样定于2020年发射升空,它配备一个钻头,将钻取火星表面深达2米的地质样品进行分析。

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另一个选项:人造流星。

科学家设想,可以让太空飞船搭乘更大的载具飞到火星大气层,只不过它会在低空解体,与火星相撞。随后,强大的冲击力将把飞船埋入火星数米深的地下,届时,探测器将能检测周围物质的组成,并通过火星轨道上的卫星,把观测结果传回地球。“至于这个方案,技术还没有成熟,但正在迅速开发。”祖瑞克说。

所幸,留给科学家找到火星水冰的时间仍有余裕。在飞向深空之前,人类可能会重返月球。按照乐观的估计,我们将在本世纪30年代的某个时候飞抵火星。至于我们将在哪里着陆、停留多久、会携带什么,这些都将取决于火星上可以利用的资源——以及获取它们的难易程度。

翻译:何无鱼

编辑:谭蔼颖

校对:李其奇

来源:WIRED

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