王世杰 趙宇鴳

對火星的研究，從大氣外的空間環(huán)境到火星的核幔深部，已經(jīng)貫穿了火星幾乎所有圈層。研究的內(nèi)容涵蓋了方方面面，像火星空間環(huán)境、火星大氣、火星表面的礦物巖石組成、地形地貌、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、撞擊坑和撞擊歷史、冰川和冰凍層、尋找火星生命、以及火星的深部結(jié)構(gòu)等等。在研究的過程中，除了環(huán)繞器的遙感探測、著陸器和火星車的就位探測，以及對火星隕石的直接研究外，還有一類非常重要的研究方法，就是在地球上尋找類似火星的區(qū)域，并通過對這些區(qū)域的研究來類比火星。這樣的區(qū)域被稱為“火星類比區(qū)”。

具體來說，火星類比區(qū)是地球上與火星有著類似地質(zhì)、環(huán)境或生物條件的地區(qū)。這些地區(qū)可以幫助科學(xué)家理解發(fā)生在火星上的地質(zhì)過程和生物過程，驗(yàn)證各種關(guān)于火星的預(yù)測和假說，解譯火星探測器傳回的數(shù)據(jù)，還有將遙感的數(shù)據(jù)與地面真實(shí)情況做對照。對于未來的探測計(jì)劃，類比區(qū)幫助科學(xué)家和工程人員們優(yōu)化探測計(jì)劃的載荷設(shè)計(jì)和探測策略，或開展科學(xué)儀器的試驗(yàn)以及宇航服的測試；宇航員也可以在這些環(huán)境中進(jìn)行模擬訓(xùn)練，例如失重、強(qiáng)輻射、極端溫度等環(huán)境中穿著宇航服進(jìn)行野外工作。對于尋找地外生命，類比區(qū)幫助我們理解生命可能存在的形式或被保存的形式，地球生命對極端環(huán)境的適應(yīng)，和優(yōu)化生命探測載荷。

為了開展探測器測試和宇航員訓(xùn)練，世界上許多國家都建立了火星模擬研究站。例如美國位于猶他州的火星沙漠研究站和位于夏威夷的火星任務(wù)模擬試驗(yàn)站，法國和意大利合作的肯考迪婭南極研究工作站，俄羅斯的火星500模擬實(shí)驗(yàn)艙，英國的斯蒂夫尼奇火星任務(wù)模擬場，等等。這些模擬研究站，大都基于沙漠或極地干燥寒冷的環(huán)境，因?yàn)檫@是現(xiàn)在火星的樣子。

現(xiàn)在的火星表面干燥、寒冷、高紫外輻照。早先可能存在的河流和湖泊，隨著水的不斷蒸發(fā)演變成鹽灘。在地球上與之相似的環(huán)境，主要是沙漠、鹽盆地和極區(qū)。地球上人氣很高的現(xiàn)代火星類比區(qū)有：位于南美的阿塔卡馬沙漠，南極的干谷，中國的柴達(dá)木盆地，美國西南部的沙漠地區(qū)，以及非洲的納米布沙漠，等等。

南美的阿塔卡馬沙漠，極為干旱，局部地區(qū)的空氣相對濕度與好奇號在蓋爾撞擊坑中測得的最低值相近。這里寒冷，紫外線輻射高，植被稀少。區(qū)域內(nèi)分布著相當(dāng)面積的鹽盆地，保存著天然形成的高氯酸鹽（ClO4）。高氯酸鹽作為一種重要的火星鹽類，已經(jīng)在火星的北極區(qū)（鳳凰號著陸點(diǎn)）和赤道區(qū)域（好奇號著陸點(diǎn)）的土壤、沙塵和沉積巖中被廣泛發(fā)現(xiàn)，但在地球上絕少自然產(chǎn)出。這也使阿塔卡馬沙漠成為研究高氯酸鹽成因的重要區(qū)域之一。在阿塔卡馬沙漠內(nèi)的熱泉區(qū)域，還發(fā)現(xiàn)了與火星勇氣號著陸點(diǎn)（古瑟夫撞擊坑）形態(tài)非常類似的泉華。阿塔卡馬沙漠的一些如手指狀的泉華內(nèi)部，藏著多種生命物質(zhì)，那古瑟夫撞擊坑中的泉華是不是也保存有類似的生命信息？重返古瑟夫撞擊坑采集這些泉華樣品，這也使古瑟夫撞擊坑成為美國2020火星車前三甲的備選著陸點(diǎn)之一。

南極南緣的干谷，受強(qiáng)重力風(fēng)的影響，山谷中幾乎無冰雪覆蓋，是地球上最冷最干燥的地區(qū)之一。這里的土壤呈弱堿性。水分存在的形式為巖石或冰界面上的鹽水膜，與現(xiàn)在的火星表面可能非常相似。在山谷間的低洼處，有一個(gè)著名的水洼；它寬100m，長300m，深10cm。水洼里的水主要來自周邊斜坡上的鹽潮解產(chǎn)生的溶液與雪融水，這與科學(xué)家在火星斜坡上觀測到的周期性出現(xiàn)的斜坡條紋成因可能非常類似?？茖W(xué)家對這個(gè)水洼里的水進(jìn)行了原位監(jiān)測和采樣分析，發(fā)現(xiàn)水洼中的水鹽度非常高，微生物在這樣的水中無法繁殖，水中存在的微生物極有可能是從山谷里其它地方被帶到水洼里。這也是地球上唯一沒有原生生命的水體。在地球上，水是生命之源，但是不是所有的水都適合生命存在？唐胡安湖給我們提供了一個(gè)重要的下限，如果火星的水體都類似這種鹽堿湖，對生命的存在可能不是一個(gè)好消息。

中國的柴達(dá)木盆地是亞洲干旱區(qū)的中心，也是中國目前僅有的正在開展火星類比區(qū)研究的地方。柴達(dá)木盆地海拔高，紫外輻照強(qiáng)，空氣稀薄，晝夜溫差較大（當(dāng)然遠(yuǎn)不及火星的晝夜溫差）。區(qū)域里有沙丘地貌，雅丹地貌，干河谷和干河床，地面的多邊形形貌，鹽湖和干鹽灘，沙龍卷和塵暴等等，與現(xiàn)代的火星類似。區(qū)域內(nèi)產(chǎn)出的種類豐富的鹽類，許多含有結(jié)晶水和晶間鹵水，這些水存在的形式，可能是現(xiàn)代火星表面水存在的主要形式之一。在柴達(dá)木盆地干旱極端的環(huán)境中，科學(xué)家依然在鹽殼中找到耐鹽微生物，還有躲在半透明礦物下的微生物群落，這為在火星表面尋找生命提供了重要線索。這里也是火星著陸探測器和科學(xué)儀器進(jìn)行野外測試的理想環(huán)境。（編輯/高緯時(shí)）