关于火星的基本事实
无论何种幻想或理论,都需要人类进行观察和验证。火星的真实情况到底是什么,是否如同金星一般让人类一度充满幻想,后来却失望至极呢?这里为大家介绍一下早期的科学家怎样获得火星的基本信息。
火星一年有多久?
在万有引力作用下,任何物体围绕其他物体运动时,距离越近运动速度就越快,运动周期就越短。人造地球卫星便是一个典型例子。中国的天宫实验室和神舟飞船飞到距离地球表面仅400千米远的地方,运动速度便达到了约7.7千米/秒。我们要知道这个速度是海平面声速的22倍之多,比世界上最快的狙击步枪子弹射出的速度还要快上6倍。它们绕地球飞行一圈只需要92分钟左右。而距离地球表面35786千米远的地球静止轨道上的北斗导航卫星的速度仅3.1千米/秒,连前者一半都不到,围绕地球飞行一圈的时间长达24小时,恰好与地球自转一次的时长一致。当然,这也是它被叫作地球静止轨道卫星的原因。因为在任何时刻在地面观察,它都仿佛被固定在天上一样,和地球同步运动。
同理,太阳系的行星也是如此。距离太阳最近、飞得最快的肯定是水星(47.9千米/秒),从太阳处观看的轨道周期只有大约88天;最慢的肯定就是最远的海王星(5.4千米/秒),它围绕太阳一圈至少需要60327天,大约165年。地球和火星就介于它们中间,相比地球每秒“飞行”约29.8千米,大约365天就围绕太阳转一圈的速度,火星的飞行速度仅24.1千米/秒,需要每隔687天才能绕太阳一圈。这个天数叫作“轨道周期”,是行星各自的“一年”。
前文讲过,在运动的地球上进行观察,其他行星的运行情况会有所不同。火星需要约780天围绕太阳运行一圈,这个时间叫作“会合周期”,这个差距是因为地球和火星同时运动造成的。每隔780天,地球围绕太阳运动2周又49度,而火星围绕太阳运动1周又49度。因此,从地球上看,火星重复出现在同一点和同一方向上,实现“会合”。这个会合周期对于探测火星极有意义,毕竟人类的火星探测器的出发点和目的地分别是地球和火星,在地球和火星距离最近的窗口期发射对于探测会更加有利。
地球和火星之间的距离每隔约780天(26个月左右)会很接近
同样的道理,海王星每165年才绕太阳一圈,但它与地球的会合周期却很短,仅有367.5天。其中道理很容易理解:在这么长的时间里,地球转了1圈又2.5度,而海王星仅转了2.5度。从地球上看,海王星好像再次出现在同一方向。
火星一年四季怎么样?
根据开普勒定律,任何行星的运动轨道都是一个椭圆。当一个椭圆的偏心率为0时,它就变成了人们最熟悉的圆。太阳系内大部分行星运动轨迹的偏心率都很小,因而看起来好像都是圆形轨道。当行星距离太阳较近时,能够接收到更多能量,自然更热,而距离太阳更远时就会更冷。在有大气温室效应的情况下,这种现象不会很明显。例如,不管是否照到太阳,金星全年温度几乎一样,这是由于高压、稠密的大气层具有保温功能。
火星的情况大不相同,它的大气层保温作用可以忽略不计,温度高低基本取决于距离太阳的远近。火星的运行轨道也比较特殊,椭圆偏心率接近0.1(相比而言,地球轨道仅有0.017),这使它距离太阳最远时达到2.5亿千米,而最近时仅为2.1亿千米。同样,根据开普勒定律,距离恒星越远时,行星运动速度就越慢,耗时越长,火星的季节长度因此并不一致。
火星的自转轴倾角为25.2度,与地球23.5度的地轴倾角非常接近,所以火星北半球和南半球气候条件也是完全相反的。当火星位于远日点时,太阳直射在北半球,北半球进入夏季,时间很长;而当火星位于近日点时,太阳直射在南半球,北半球进入冬季,时间很短。因此,火星北半球的夏季要比冬季长几十天,那里距离太阳略远而较冷。南半球进入夏季时,火星距离太阳更近,所以南半球的夏季偏热,太阳直射点附近可以达到人类能够适应的35摄氏度。火星南半球的夏季很短,冬天则很冷、很长。这种变化长期积累下来,导致火星南北极情况也很不同,两者有干冰和水冰组成的极冠,但北极冰冠的干冰在夏季几乎会蒸发殆尽。
所以,如果要选择在火星度假的话,北半球的夏季气候更加温和,与四季如春的昆明相似。但是,这只是人类的一厢情愿。火星大气稀薄,几乎没有保温作用。没有日照,火星表面温度会急剧下降,远远超过沙漠地带一天之内从50摄氏度到零下的变化。火星夜晚气温零下100摄氏度都是正常的。在这种情况下,人类在没有宇航服和基地的保护下完全无法生存。所以,我们暂时不要考虑度假的事情。
火星一天有多长?
行星自转一圈就是一天。由于形成条件和环境(如小行星撞击和卫星影响)的差异,不同的行星自转速度会有所不同。地球自转一圈是23时56分4秒,这是真实的自转时间。不过,如果你不怕热,站在太阳上持续观察地球自转的时间,一年平均下来就是每天24小时,这也是人类定义一天的标准,叫作“平太阳时”。火星自转一圈的时间恰好与地球比较接近,仅比地球多39分钟。那些恨自己每天时间不够用的人,去火星就可以每天“多”出39分钟。
行星一天的时长由多种因素决定,科学家现在也没有弄明白到底发生了什么事情,导致不同行星一天的时长不同,因而只能进行个例分析。例如,很小的水星一天时长相当于地球上的58.6天。金星则更加极端,一天时长相当于地球上的243天,甚至比围绕太阳公转一圈的225天还要长。而且,金星是逆向自转,太阳在金星上是西升东落(实际被稠密大气完全挡住,看不到),白天和黑夜超过半年(金星年)。相较而言,处于太阳系外围的气态行星反而自转速度更快。例如,天王星需要17.2小时,海王星需要16.1小时,土星仅需要10.6小时,而木星只需要9.9小时就度过一天。度日如年的朋友可以到这些气态行星上体验一下时光飞逝的感觉。
不过还要介绍一个情况,相信你也猜到了,巨大的气态行星旋转速度如此之快,上面肯定有在地球上完全无法想象的风暴。例如,著名的在木星上已经存在了至少354年(1665年首次观测记录)的大红斑就是风暴,在这个风暴里可以塞下2~3个地球,里面的风速达到了120米/秒。而地球上12级风速也仅为32.7~36.9米/秒。木星大气密度和气压都与地球完全没有可比性,而且有极强的磁场和辐射,在这种环境下是不可能有任何类似地球生命的物种生存的。其他三个气态行星的条件也没有好到哪里去。如果人类还想征服那些极寒、偏远的世界,还是等征服火星之后再说吧。
火星有多远,有多重?
关于如何计算行星与地球的距离,一直是科学家面对的重大问题,毕竟不可能用一把大尺子来量。这个问题的解决方案之一就是大名鼎鼎的万有引力定律。对于有卫星的行星或者有行星的恒星来说,可以通过这种途径进行计算。这是因为,在环绕运动的过程中,万有引力起到了向心力的作用。
地球与木星大红斑对比。大红斑近年有缓慢萎缩的趋势(图源:NASA)
在上面的公式中,G是万有引力常数,π是圆周率,它们都是常数(固定值);卫星或行星的质量m可以通过公式化简约去。例如,为测量太阳的质量M,可以将地球作为参照物。已知地球和太阳之间的距离R(可通过金星凌日天象计算,本书不多做介绍)和地球的运动周期T(1年),通过计算就可得到太阳的质量。在已知太阳的质量后,人类只要观察到火星围绕太阳的周期就可以计算出它距离太阳有多远,也就知道火星离地球有多远。
同理,测量出卫星围绕行星运动的周期T和卫星与行星之间的距离R,就可以推算出行星的质量。火星有两个卫星,火卫一(距离火星9400千米,周期7.7小时)和火卫二(距离火星23460千米,周期30.3小时),用两组计算结果互相校正,就能比较准确地算出火星的质量。火星质量是一个天文数字,重约6.4×1023千克,但比起地球还是小了不少,仅仅是地球质量的10.7%。火星是太阳系里仅比水星重一点的行星,是个小不点。
火星有多大?
将一颗乒乓球放在眼前,它几乎能把眼睛完全挡住,此时观测角接近180度。将乒乓球放在几米远,它就是一个小点,观测角只有一两度而已。如果能精确算出乒乓球距离人眼有多远,人眼的观测角是多少度,就可以推算出它的尺寸。
人类测定火星大小也是这个道理。不过,此时不能依靠肉眼观测,需要使用专业望远镜。如同前文介绍的测量火星和地球距离的方法,科学家可以从望远镜得出观测角大小,然后反推出火星直径。
(图源:Feifei)在已知距离和观测角的情况下,可通过简单的三角几何关系计算目标直径
用这种方式,人类发现火星半径只有3400千米左右,大约是地球的一半。火星体积也很小,仅有地球的15%。如果地球是一个网球,火星就大概跟乒乓球差不多,太阳系内最大的行星木星就像一个硕大的瑜伽球,而太阳就像一个超级热气球!
火星有没有磁场?
如果把地球看作一颗鸡蛋,人类就是生活在蛋壳上的微小生物,这层蛋壳就是地球所有生命接触的地壳。地壳仅仅5~70千米厚,最多有地球半径的1%左右,和鸡蛋壳相比,太“薄”了。更可悲的是,人类赖以生存的区域比地壳还要薄很多,仅是薄薄一层土壤和海洋而已;即便是高原地区,其厚度也不超过10千米。
在地壳之下,就是地幔和地核,直达地心。按照主流学说,地核由外向内分成外核和内核。外核最重要,这里是超高压、高温环境,几乎所有物质都处于熔融状态。重元素(如铁和镍)逐渐沉积到外核,其温度高达4000~6000摄氏度,还在不断缓慢流动。这部分处于熔融状态的外核被称为地球的“发电机”。地球内部的能量并不是直接来自太阳,而是来自地球形成之初残留的热量、早期的陨石剧烈撞击带来的能量和具有超长半衰期的放射性元素(如铀-238、钍-232)等,它们共同构成“地暖”系统。
地核内的铁、镍等金属在高温下缓慢流动,为地球上的生命带来了一种宝贵的财富——磁场。地球如同一个巨大的磁铁,地磁南极和地磁北极之间形成了一个巨大的网络,将地球包罗其中。这个网络实在太大了,可以有效保护地球周边数万千米的范围。虽然地球磁场强度很弱,连日常生活中一个普通磁铁的强度都不如,但已经足以屏蔽大部分太阳风和各种宇宙高能射线。对地球生物来说致命的辐射,有一部分被地球磁场束缚并引导到磁极,电离高层大气分子,激发出了绚烂无比的极光。
所有高温物体都有冷却的一天,行星内部也不例外。在这个过程中,散热快的星体更容易失去“发电机”和磁场,从而失去对大气和生命的庇护。生活经验告诉我们,体积越大、质量越大的东西保温效果越好。例如:在同一个锅里煮熟鹌鹑蛋和鸡蛋,把它们放入凉水。在一定时间内,鹌鹑蛋可以直接吃了,而鸡蛋还可能烫嘴。因为自然选择和对环境的适应,北方的熊(北极熊)和老虎(东北虎)比南方类似动物体积和重量更大。
因此,对行星而言,体积过小有一个致命缺点——散热过快。火星表面积有地球的28%,体积仅有地球的15%,表面积与体积之比相差更大,可见它的散热效率很高。想必大家知道我要表达的意思了:火星“发电机”几乎停止工作,火星只有极度微弱且分布不均匀的磁场,无法包罗整个星球,保护自身也就无从谈起了。
火星有没有大气?
行星自然形成的大气中有各种分子,它们能够吸收太阳风和宇宙射线的能量,从而获得一定动能。分子量越小,分子运动速度就越快,更容易超出行星引力环境下的“逃逸”速度,最终摆脱行星引力,消失在宇宙中。在磁场作用下,高能射线大部分被屏蔽,虽然低分子量、较轻的氢气和氦气等容易流失(正如地球大气一样),但以中高分子量气体为主的大气(氮气、氧气、二氧化碳等)可以被稳定保留下来。然而,一旦磁场消失,大气将更容易被具有强大能量的太阳风缓慢从星体剥离,绝大部分生命也会因为各种辐射而逐渐消失。金星是个特例,磁场很弱,非常干燥。由地质运动(如火山喷发)带来的气体很充足,再加上自身引力强大,使气体很难逃逸,二氧化碳无法进行碳循环,所以金星有稠密的以二氧化碳为主的大气。
(图源:ESA/ATG medialab)地球磁场庇护所有的生命
火星就没有这么幸运了。由于内核逐渐冷却,这个小不点几乎没有磁场,自身引力很弱,没有足够的能力保有大气。在亿万年历程中,太阳风不断剥离火星外层大气,而这个过程是不可逆的。现在,在火星大气中,分子量小的大气分子几乎全部被剥离,仅剩下极少的以二氧化碳为主的分子量较大的气体。总体看来,火星几乎失去了所有的氧气和氮气。这两者在地球大气中占据近99%的比例,二氧化碳还不到0.04%;而火星大气中二氧化碳占据95.3%,还有2.7%的氮气,氧气仅有0.1%。地球上“微不足道”的二氧化碳已经导致了严重的温室效应,火星上应该更为糟糕。但是,火星大气密度实在太低,连地球的1%都不到,全球温室效应几乎可以忽略。因此,对于失去大气保温效应的火星,日照区域和阴暗区域的温差会巨大无比。
与此同时,活跃的地质活动将地底的金属和碳、硫、硅、氢、氧、氮等重要元素以火山爆发等方式输送至地面,实现元素循环利用,才有创造生命和维持生命的可能。火星一旦冷却,缺乏地质活动,很多元素循环就会停止,陷入几乎不可能再次孕育生命的恶性循环中。没有生机,意味着火星大气处于单向流失的过程中,已经不再可能得到补充。
火星有没有卫星?
在太阳系里,金星和水星最孤独,没有任何卫星陪伴。它们距离太阳太近,复杂的引力摄动环境使其极难保有卫星。其他行星都有自己的卫星,它们一起组成了一个大家庭,火星也不例外。火星有两个“儿子”,即火卫一和火卫二,但它俩实在太渺小。火卫一的平均半径只有11千米左右,而火卫二的平均半径只有6千米左右,二者的引力不足以使其在形成时实现天体流体静力平衡;或者说,它们无法保持稳定的球形。
卡西尼号在2013年7月19日拍下的土星环,就是由土星引力撕碎周边物质形成的壮观景象(图源:NASA)
(图源:NASA)火卫一和火卫二的形状很不规则,周身遍布撞击坑
月球距离地球38万千米,受到太阳系内复杂引力摄动的影响,它在不断远离地球(虽然只有平均3.8厘米/年)。相较而言,火星的两颗卫星距离火星仅仅9400千米(火卫一)和23460千米(火卫二)。它们的运动周期非常短,火卫一仅需7小时39分钟便环绕火星一周,火卫二需要30小时18分钟,远远短于月球绕地球一周的时长。火卫一和火卫二与火星的距离不同,运动周期不同,形状都不规则,它们受到的火星潮汐引力和其他作用力大小也不同。从长远来看,火卫一会慢慢靠近火星,而火卫二的轨道距离火星更远,受太阳系内其他星体摄动力的影响更大,有逐渐远离火星的趋势,甚至最终可能逃离火星。
天文学上有个概念,叫作洛希极限。当卫星靠近行星或行星靠近恒星达到距离的极限时,受到的潮汐引力会使其无法维持原状,因而解体。这跟两个天体的密度差和引力大小等有关。例如,地球对月球的洛希极限(岩质刚体)大约为9500千米,所幸月球距离地球远超这个长度,根本不可能解体。火星与两颗卫星的洛希极限大约为5470千米。按照现在的趋势,火卫一在大约760万年后将突破洛希极限而解体。
由于潮汐锁定的结果,人类只能看到月球一面(图源:NASA)
可以想象,解体后的卫星碎片并不会立即落向火星,它们会形成一个庞大的碎片环。这与土星数十万千米宽的行星环有点类似。土星周边的卫星含有大量岩石和水冰,不同物质的洛希极限并不相同,它们就在亿万年内被撕碎形成了风采各异的土星环,成为太阳系壮观的景象之一。不过,很不幸,未来的火星环可能不会这么美丽、壮观,而只是一个“土环”。
除火星环外,还有一个有意思的现象要介绍一下。受行星影响较大的卫星还会有一个现象,叫作“潮汐锁定”。当卫星围绕行星运动时,它会被引力吸引而倾向于“被拉长”,而被拉长的部分也在参与卫星本身的自转。如果卫星自转比公转慢,这个被拉长的部分就起到自转加速器的作用;如果卫星自转比公转快,这个部分则起到自转刹车片的作用。久而久之,就会形成独特的卫星自转时间和公转时间完全相同的现象。
在这种情况下,如果卫星被潮汐锁定,它自转一圈的同时围绕行星转了一圈,这就导致在行星上永远只能看到卫星的一面。这就好像小时候做游戏,你围绕小伙伴转圈。你一直把拿着礼物的手放在背后,小伙伴只能看到你的正面,看不到你背后的手。
最经典的例子就是月球。月球早在亿万年前已被潮汐锁定,人类只能看到月球一面。由于月球的天平动现象(受月球轨道偏心率、月球自转轴与绕地球轨道夹角影响),人类只能周期性看到最多59%的月球表面,其他部分永远无法从地球上看到,因而被叫作“月球背面”。2019年1月3日,中国的嫦娥4号探测器和玉兔2号月球车在人类历史上首次在月球背面着陆,它们的使命就是发现月球背后的秘密。
从理论上讲,潮汐作用是相互的,比如月球也在逐渐拉长地球的自转时间。但是,月球引力过小,这种影响微乎其微,每百年的影响积累下来才会导致地球上的一天延长1.8毫秒,对进化历史很短的人类而言几乎没有影响。历史上的月球对地球的演化起到了重要作用,它让地球自转时间延长到今天的约24小时,比起曾经可能以8~10小时为周期的疯狂自转好太多了!月球让地球“冷静下来”,在地表环境稳定下来后,地球才有了更理想的孕育生命的条件。
火星两颗卫星,如同月球一样,早就被潮汐锁定。如果你住在火星上,考虑到火星自转和火卫一的超快移动速度,在一天之内能看到两次火卫一西升东落的奇异景象。火卫二的运动却大不相同,它的轨道周期比火星自转还长,从火星表面看来它是在“正常地”东升西落。无论何时,大家只能看到这两颗卫星的正面,是不是会疑惑它们的背面到底有什么?
(图源:NASA)2013年8月20日,好奇号火星车拍到的火卫一“凌日”现象
火卫一和火卫二距离火星总体比较近,因此很容易看到它们从太阳前飞过。不过,两颗卫星太小,从火星表面看来,它们无法完全遮挡住阳光。火卫一只是像黑压压的一片云一样迅速“飘过”,并不能引发日全食,只能出现以秒来计的凌日现象。火卫二距离火星更远,体积更小,看起来像是太阳上飘过的一个小黑点。总有一天,火卫一会逐渐解体成一个大环,围绕火星运动。但是,那一点也不好看,因为总有高空坠物时不时地砸向火星表面,如噩梦一般。而火卫二也将最终消失在人们的视线里,滑入宇宙深处。
火星为什么是红色的?
火星周身呈现橙红色,甚至肉眼用望远镜就可以看出来。古人为此将火星作为不祥的象征,如战争、瘟疫。早期的观察者很难理解火星为什么会呈现出这个样子。人类发射太空探测器后,才逐渐解开火星表面为什么呈现橙红色的千古谜题:红色的氧化铁!铁有可能是在古老的火星处于活跃的地质活动期时来到火星表面的。在漫长的时间里,铁与氧发生化学反应,形成氧化铁;在火星地质运动不活跃的情况下,氧化铁得以长期留在火星表面。
火星大气非常稀薄,有日照和没有日照的区域温度和气压差距非常大,导致火星上的风速非常强,平均风速是地球的数倍。火星上没有任何植物,以及广阔的水源和湿润的土壤,裸露的地表好比地球上荒无人烟的沙漠。在陨石冲击和风蚀的长期影响下,火星上的沙土变得极为细密。在狂风甚至席卷全球的风暴作用下,红色的氧化铁飞遍全球,使火星看起来更是红色的了。不过,火星上的空气密度很低,大家不要认为火星风暴的破坏力很可怕。电影《火星救援》描述风暴吹倒火箭,实际上不可能,只是剧情需要。这就好比水流速度跟风速没得比,而洪水破坏力一般比狂风造成的危害要大得多。由于大气密度有差距,火星风暴的破坏力比起地球上的风暴来,是小巫见大巫。
火星地形怎么样?
1997年,“火星全球勘探者号”抵达火星。科学家利用它的激光测高仪探测数据,第一次绘制出了全面的火星地形图。后续的火星轨道探测器进一步提高了火星地形图的分辨率。通过地形图,我们可以明显看出火星北部是个地势较低的巨大平原,不难想象那里充满水之后会是巨大的海洋。靠近火星赤道的有火星第一高山,也是太阳系第一高山的奥林帕斯山和其他几座高山;其东部绵长的“水手号峡谷”非常明显,这也是太阳系最大的峡谷。火星南纬40度附近有巨大的“希腊盆地”,这可能是由亿万年前的巨大小行星撞击形成的。相比北部的平整地形,火星南部散布着各种撞击坑,全是山区。火星两极常年比较冷,有巨大的冰盖。火星冰盖是由水冰和干冰组成的,与地球两极截然不同。
从地形图提供的数据可以看出,火星北部一定经历了巨大的地质运动,如北半球蔓延的巨大岩浆。出现这种情况,而且基本局限于北半球,必然是由于外部力量。所以,有假说推测火星北半球曾遭遇类似冥王星或月球大小的小行星或矮行星撞击,使火星北部的液态内核暴露出来,岩浆乱流。其后,北半球地貌变得平整,大部分被甩出的物质进入(甚至形成)火星和木星之间的小行星带,留下的就是火卫一和火卫二。这次撞击发生的时间距今应该不是很久远,因为北半球地质情况整体比较新,陨石撞击坑数量和密度远少于南半球,在地下探测到很多被岩浆流掩盖的撞击坑。对火星、水星和月球这种缺乏大气和复杂地质运动的星球而言,表面撞击坑往往能够保存亿万年。考虑到陨石撞击的情况是随机发生的,因而可以通过某个区域撞击坑的数量和密度判断当地的地质年代和历史。
(图源:NASA)火星全球勘探者号获得的火星地形图
可悲的是,火星原本体型较小,保温效果有限,这次撞击可能加快了火星内部热量的损失进度。与地球遭遇的小行星撞击灾难相比,火星的遭遇不幸得多,它的命运被彻底改变。
火星上有没有水?
从理论上讲,火星并不像水星一样接近太阳,而水星被太阳炙烤并被太阳风疯狂袭击,极难有水存在。火星处于太阳系内的宜居带上,最高温度不超过水的沸点,水在低温情况下可以凝结成冰,在理论上应该能够存在。
但是,由于大气的缺陷,火星表面很难有水存在。气压越低,水的沸点就越低。在地球上,水在海平面的沸点是100摄氏度,到珠穆朗玛峰上就只有70摄氏度左右。珠峰气压有海平面气压的30%左右,而火星上的气压连地球海平面的1%都不到,接近真空状态。在完全真空的情况下,水的沸点接近0摄氏度,这意味着火星表面不太可能存在液态水,更何况火星表面温度会达到30摄氏度。由于缺乏磁场保护,水在太阳风的强大作用下会蒸发,能够摆脱较弱的火星引力束缚,逐渐进入太空。而且,在辐射作用下,水分子会被分解成游离氢和氧,而氢原子更容易逃逸。
因此,目前的研究证明,火星表面很难存在液态水,只有在极其特殊的环境下可能存在季节性液态卤水(还需要进一步证实)。不过,大家也不必太过失望,有些探测研究证明,在火星地下有冰块,火星土壤水含量有2%~3%。在火星两极厚厚的干冰冰架下,有大量固态水冰,甚至有地下液态水湖的痕迹。对这些水源进行开发利用困难重重,但水能够在火星上发现已经足够令人惊喜了。
火星上到底有生命吗?
我把火星的基本情况介绍到这里,相信大家已经对它有非常清楚的认识:昼夜温差极大,空气极其稀薄,磁场很弱,太阳和宇宙辐射极强,几乎不存在液态水。所有一切还在变得更加糟糕,地球生物成功生活在火星上的希望极其渺茫。
但是,还是有科学家相信火星上有存在生命的可能。我们知道地球生物的多样性,很多生物旺盛的生命力让人感到可怕。例如,在大洋底部几百摄氏度的火山口附近生活着庞大的生物群落。那里几乎没有氧气,盐分很高,剧毒物质随时从地底涌出。生活在那里的生物完全不依靠太阳的能量,而是依靠从火山口喷射出来的化学物质生活,形成了庞大的生物群落。在距离地球表面400千米的国际空间站的表面,发现过地球上的简单微生物的痕迹。那里温差极大,从200摄氏度到零下200摄氏度,而且宇宙辐射强度大大高于地球表面。科学家推测,可能是一些极其特殊的情况(例如,高层大气剧烈变动)使这些微生物冲出大气层,附着在迎面而来的国际空间站表面。这些微生物依靠自身强大的适应能力在恶劣的太空环境中生存。由此可见,即使火星的生存条件多么恶劣,也可能有生命存在。
推测火星上存在生命绝不是无稽之谈,我们来看一下被誉为“生命力之王”的水熊虫,就会相信火星上存在生命的可能性很高。这种肉眼难以看见的生物可以在含水量仅3%的环境中休眠(晒干的香菇含水量仍有11%~13%),可以在零下272摄氏度(宇宙最低温度为“绝对零度”,即零下273.15摄氏度)的环境里生存,可以承受数百倍大气压,可以在真空中存活10天,可以在150摄氏度中存活,可以承受的辐射剂量是人类的数百倍。水熊虫碰到“不舒服”的环境就会进入“冬眠”状态,甚至10年后还能够“满血复活”。它是名副其实的超级“小强”。地球上现已发现的水熊虫有900多种,这种顽强的地球生命的数量真是无法预测。对水熊虫来说,火星表面的生存条件并不算最恶劣。
火星地下可能是另一番光景:人类探测器已经发现固态水冰和疑似地下水湖泊的存在。在厚厚的土壤层保护下,那里的宇宙辐射、温度变化等情况比火星表面好很多,还有足够的碳(毕竟火星空气中绝大部分是二氧化碳)、氧、氢和微量元素等生命基本构成元素。人类目前发射的探测器在火星上空和表面做过研究,对火星地表的探测深度仅仅达到几十厘米而已。火星地下到底隐藏着什么秘密,还有很大的探索空间。
地球上有大量生命存在这个事实,已经说明两个重要问题:第一,宇宙中生命出现的概率尽管极低,但绝不是零。第二,地球上存在亿万种不同的生命,宇宙生命的形态极有可能更加复杂,甚至不限于地球生命的碳基形式,会大大出乎人的意料。
(图源:Schultze,C.A.S,1861)1773年,德国动物学家约翰·奥古斯特·埃弗拉伊姆·格策将这种奇怪生物起名为“水熊虫”
宇宙无边无际,如果真的只有地球存在生命,实在是一种浪费。
不过,基本可以确定,无论火星发生过什么,它目前已经不可能支持复杂的、类似地球上的大型生命体的存在,最多让类似微生物的简单生命体存活。在没有其他生物(人类)的干预下,火星目前的生存条件只会进一步恶化。也就是说,假如火星已经存在生命,它们最终生存的可能性还会进一步降低。
因此,火星上的生命最多只是简单结构的微生物,这与科幻小说中想象的高度文明的外星人相去甚远。但是,对人类而言,这些微生物足以被叫作外星生命,足够颠覆人类的宇宙观了。
如果真有机会,人类一定要亲自去拜访它们,与隔壁的邻居畅谈地球、火星甚至太阳系的历史!