富含氯酸鹽的土壤可以幫助在火星上找到液態水

根據美國國家航空航天局(NASA)的鳳凰號(Phoenix)和維京號(Viking)著陸器以及「好奇號」(Curiosity)探測器先前的發現，同時根據新的實驗，如果火星表面存在液態水，很可能是與氯酸鎂鹽的鹽水混合物。西雅圖華盛頓大學地球和空間科學系的科學家們研究了火星上存在水和鹽的混合物，以找出火星表面最有可能是液體的物質。實驗比較了鹽溶液的蒸汽壓和吸水能力。結果表明與與氯化鈉或氯化鉀混合的水相比，與氯化鎂混合的水在火星上蒸發或結冰的可能性更小。這些發現發表在2018年9月的《地球與行星科學快報》上。

在火星上發現高氯酸鹽的鳳凰號著陸器。圖片：NASA/JPL–Caltech/University of Arizona

氣體，液體和固體

博科園-科學科普：物質的「三相點」是指它在氣、液、固三相共存的溫度和壓力。對於水來說，三相點是在0.01攝氏度(32華氏度)和6.12毫巴(約為地球表面氣壓的0.6%)。換句話說，你可以想像在三相點有一桶水，水以冰的形式存在，漂浮在一層液態水上，水蒸氣就在冰的上方，從冰中升華或蒸發。與冰接觸的蒸汽對冰施加壓力，稱之為蒸汽壓力。雖然在火星上的一些赤道地區，最適宜條件可能剛好低於水的三相點，但在火星的其他地方，溫度通常遠低於三相點，當大氣壓低於液體的蒸氣壓時，液體就會蒸發。純凈的水會在稀薄的火星大氣下迅速蒸發，火星大氣大約是地球大氣的1%。

然而，鹽溶液不容易蒸發或凍結，因此更有可能在火星上保持液態。了解哪一種鹽和水的組合最可能保持液態，可以幫助我們找到在紅色星球上尋找液態水的證據，因此可能有生命存在。鹽溶液是吸濕的，這意味著它們善於吸收水。某些鹽類甚至可以吸收火星上的少量水。火星上有許多不同種類的鹽，如氯化物、硫酸鹽、氯化物和高氯酸鹽。根據各種著陸器和漫遊者任務的數據，在火星表面到處都可以找到這些東西。2008年鳳凰號著陸器的熱演化氣體分析儀(TEGA)在火星北極地區的土壤樣品中發現了高氯酸鹽，濃度為0.4-0.6%。這促使科學家們重新分析20世紀70年代海盜號登陸任務的土壤樣本數據。

新的分析表明，維京登陸者在Chryse和Utopia Planitiae發現的土壤中含有濃度低於或等於0.1%的高氯酸鹽。然後在2013年，「好奇號」探測器在火星(SAM)儀器上的樣品分析發現，Rocknest的土壤樣品中含有高氯酸鈣。Rocknest是蓋爾隕石坑內的一個地方。最近美國國家航空航天局火星偵察軌道器上搭載的小型火星偵察成像儀(CRISM)檢測到高氯酸鎂、高氯酸鎂和高氯酸鈉在循環坡麵線內。這些條紋是在溫暖的火星季節順坡而下的，有一段時間，人們強烈認為它們是由流動的水產生的。由於鹽，稀薄的大氣和寒冷的溫度，任何這樣的水都可能是咸而不是純的。雖然現在的結果表明，干物質的流動以某種方式產生條紋，但水仍然可能以液體的形式存在於火星表面的某個地方。

鹽混合

在火星環境中，哪一種氯酸鹽和高氯酸鹽最有可能溶解在水中？華盛頓大學Jonathan Toner和David Catling先前從鳳凰城的濕化學實驗室模擬了數據，以了解不同的鹽在火星的冷凍溫度下的行為。發現土壤樣品中可能含有硫酸鎂、高氯酸鎂、高氯酸鈉、高氯酸鉀、氯化鈉和碳酸鈣。在最新的研究中，墨粉和Catling用這些鹽製成了溶液。發現在所有的鹽水混合物中，氯酸鎂溶液的蒸汽壓最低。這意味著它最不可能蒸發或凍結，也最可能吸收火星大氣中存在的低濕度。

維京2號俯瞰烏托邦的藍圖，最近對維京2號數據的重新分析顯示，它已經檢測到高氯酸鹽。圖片：NASA/JPL

那麼要在火星上找到液態水，科學家們是否應該只在火星上尋找富含氯酸鎂的地方呢？火星土壤中的任何一種鹽都可能是鹽的混合物，因此測量這些混合物的性質是很重要的。」根據鳳凰號探測器測量的土壤化學，碳粉說鈉和鎂氯離子是最有可能的，而鈣氯離子不太可能被發現。在火星上，氯酸鹽可能比高氯酸鹽含量高得多，研究結果表明，與高氯酸鹽相比，氯酸鹽通過潮解形成水的能力更強。吸收水分並溶解在其中[和冰融化]。

生命之水

這些滷水中是否有足夠的水來維持微生物生命？對在高氯酸鹽和氯酸鹽溶液中生長的極端微生物的研究表明，微生物可以在火星上可能存在的滷水中存活。美國堪薩斯州威奇托州立大學的生物科學教授馬克·施內格特領導的一組科學家發現，幾種耐鹽細菌，即耐鹽細菌，能夠在高濃度的氯酸鹽中生長。到目前為止，已經在氯酸鹽中培養出了超過一半(最低熔點)濃度的細菌，而這正是我們在火星上所期望的。雖然我們還沒有證明微生物可以以所需的最高濃度生長，但當我們開始研究時，還不清楚微生物是否可以達到發現的0.6%的濃度。現在超過25%，而且還在上升，已經證明微生物在這些鹽條件下生長，這些鹽在火星上很常見。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻 :《 Earth and Planetary Science Letters》｜研究/來自：天體生物學期刊，DOI: 10.1016/j.epsl.2018.06.011

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