火星上的水—从《火星救援》的土豆说起（三）

　　告别了十九世纪，生于现代的我们有幸见证了人类的好奇心凝聚为人类的好奇号。火星车的成像仪，直观地告诉我们这颗星球并不具有波光粼粼的水面，有的只是漫天遍野的黄沙、光秃秃的岩石、以及古老的沉积地层——不过，这就够了。人类的科技树里有一个重要的分支叫做地质学。利用与地球打交道时所积累下来的丰富经验，人们在这些地质现象中识别出了曲流的河床、广袤的湖盆、古老的三角洲、乃至陨坑壁上崎岖坎坷的冲沟。它们都是只有液态水才能塑造出的地貌类型。虽然始作俑者已然不复存在，但这些清晰地保留在火星表面的地质遗迹，却为人们昭示着火星历史上那段曾经丰沛的往日。 

　　★  水去了哪里？ 

　　火星两极的白色冰盖上或许能为我们提供一些由头。 

　　早在古典天文时代，火星两极的冰盖就已然和“运河”一起，被勾勒在了天文学家的素描图上。进入二十一世纪，轨道探测器甚至可以详细地测定出冰盖中的物质成分。探测结果显示，除了表面那层季节性的干冰层之外，火星冰盖的主体部分大部分都是水冰，也就是H2O的结晶。在轨道探测的同时，行进在火星表面的好奇号们也没有闲着。这些“机械地质学家”直接动手采集起了标本。它们钻取了岩心，确凿地发现了诸如针铁矿等只能在水的参与下才可能合成的物质。 

　　水虽然是找到了（而且似乎还不少），但如果你是那个在火星上求生的宇航员，这个答案与其说是一个希望，倒不如说是一个更严峻的绝望。火星是有液态水没错——可那却是亿万年前的往事。水分也确实存在于今天的火星表面没错——但却被尘封在了永远的冰层里。这简直是大写的造化弄人。且不说近未来的事儿，哪怕是现代人，咱们不是也多少抱了些期待的心思，期待这两者间能够涌出个不错的交集吗？前一阵子“火星表面发现了液态水”的标题占据了新闻头版时，人们释放出了久违的兴奋。这是人们对探索者们所付出努力的回馈，我们有充足的理由为这份兴奋报以共情，但具体到这些“火星水”是怎么来的，还是那句话——很难说这不是一个有些宿命论般的结局。 　   

　　★  火星地表水被发现 

　　我姑且把这儿的“宿命”写作“环境约束”的代名词。道理便在这里。作为物相的水与作为物质的水向来都是两个截然不同的概念。物质的水是指H2O这种成分，而物相意义的水则是指H2O的液体相态。液态水在一个环境中能否出现，不是它自己说了算的，而是被两个重要的环境参数牢牢地锁死着。这两个参数便是温度与压力。只要一个环境里的压力和温度确定，一种成分固定的物质将以何种状态存在，几乎是无可通融的定局（假设物质足量）。 　　  

　　人类早已经具有精细的手段去测定火星表面的温压。在这个阈值里赋存的水，要么会因为低压而迅速蒸发为蒸汽，要么则会在低温中迅速冷凝为冰晶。既然环境无法改变，想要保持液态，就只能改变自身成分。NASA前段时间报道出来的所谓地表水，其实不外乎是高浓度的天然水溶液，也就是水与其他离子一同组成的均一混合物。火星上的这点事儿，和我们冬天为了防止道路冻结而在雪上撒盐的道理是一样的。溶液的凝固点很多时候要比纯水的低。既然火星本身就含有足量的水，在某些地质过程中混入一些盐分，自然也就获得了“盐溶液”该有的物理性质：一个在火星的温压下比水低得多的凝固点了。 

　　老实讲，水并不是我们这个恒星系里稀缺的物质。放眼整个太阳系。它太常见了，常见到拿我们地球水的总量跟太阳系里水的总量相比，可能连零头的零头都算不上。水的熔点低，密度小，导致在太阳系初期，所有离幼年太阳太近的水，都被高温的太阳蒸发为稀疏的蒸汽，然后再被旺盛的太阳风吹到遥远的太阳系外侧，直到温度场逐渐降到零度以下（水的凝固点）的距离处才纷纷富集下来。就这样，混沌的原始太阳系，被太阳筛选成了一个结构分明的同心环。内带是由高熔点、高密度的岩石物质组成的岩屑带；外带是由低熔点、低密度的冰屑物质组成的冰尘带。那几颗诞生于内带的岩石行星——包括地球和火星在内——按理说是与水天然无缘的，但为什么这两个星球上偏偏出现含量可观的水呢？原因很简单，在从太阳系的原点后推了几亿年之后，水，又从冰冷的恒星系外侧重新回归了。 

　　★  冰尘带小行星撞进火星的怀抱 

　　此事的契机倒不在外部，而在于冰尘带自身的演化。故事是这样的，得益于物质总量上的优势，冰尘带里孕育出了木星、土星等引力巨大的气态行星。这些引力巨头在形成之后有一个自身轨道的调整期。想象着一个摆着无数小弹珠的空间里突然出现一只高速滚动的铅球后会发生什么情形吧。木星们的情况与之十分类似，当这些质量庞大的巨头们在充斥着无数小行星的汪洋大海里旁若无人地调整轨道时，小行星们将被这些巨头们的引力弹得七零八落。不少个体，就这样被甩向了无辜的太阳系内带。这些“陨星炸弹”对内带所有的岩石星球（金地水火月）进行了一次无差别的太空重轰炸，结果便是……把大量的水又带了回去。这个时候，谁的轨道坐落在离太阳不近不远的宜居带内，谁就能享受到合适的温压“福利”，把这些宝贵的水留存下来，然后产生一个能够长期维持的地表液态水圈层。 

　　这次太阳系事件被称为“后期重轰炸”。图为艺术家笔下的想象图。早期太阳系，大量太阳系外带的富水小行星，被频繁调整轨道的木星等巨行星弹射入内带，轰击在包括火星和地球在内的岩石行星上，为它们带来水分。来源：NASA/JPL-Caltech 　  

　　在火星和地球上，都有充分的地质证据表明液态水曾经存在于它们的早期地表。按理说，两者在当时显然都是“宜居带”内的寄主，问题是，为什么后来一个成了光秃秃的死寂行星，而另一个却孕育出了丰富的生物圈乃至文明呢？目前认可度较高的解释认为这锅还得火星自己背：宜居带的条件并不是只由太阳的温度场所单独决定的。行星自身的地热、大气层的密度、大气层是否能够吸收并保存足够的热量，都对一颗行星地表的最终温压条件有着决定性的影响。 　　  

　　有些科学家认为，火星最致命的缺陷，就是它的质量和体积都太小了。体积小，深部的热量向外耗散得就快；而质量小，则无法提供足够的引力来维持浓密的大气层，进而创造较适宜的压力和较适宜的温室效应。得益于火星早期历史中更高的内能，得益于演化初期还尚为浓密的大气成分，火星表面的确可以维持一段能够让液态水持续存在的“黄金时代”，然而，在漫长的地质演化中，地热会更快地散去；浓密的大气，也会因为引力不够而持续不断地向宇宙中蒸发。在这样的情境下，火星的未来，便是我们今天能够看到的这个结局了。 

　　虽然这个结局吧，倒未必是绝对的死寂。这并不是因为它的表面有一些会流动的盐溶液什么的，也不是因为挨小行星轰炸的场景很酷很绚烂，而是因为——与它比邻的那颗行星上，总有一群想要过来看看它、跟它聊聊天儿的生命。他们冒着风险，用孤独消弭孤独。