洞察火星——為了同源殊途的歷史

　　溯鷹 發表於  2018-11-30 22:51

　　北京時間11月27日凌晨，洞察號探測器就要在我們的紅色鄰星表面著陸了。

　　它是人類向火星發射的第8個火星探測器，作用和前輩們大不一樣。它不像鳳凰號那樣專註於「聽風舞塵」（測聽大氣流動、分析火星土壤成分），也不像好奇號那樣天天優哉游哉（其實並不）給地球發到此一游的照片。它的主要作用，是弄清楚火星內部的物理性質——如它的岩石圈粘度、密度、熱導率等。

　　

　　火星地表的「世界地圖」。圖中白點代表目前已經登陸火星的探測器的著陸點。INSIGHT是洞察號的預計著陸地。圖片來源：維基百科

　　斥資數億美元，把一個能裝進飛機肚子里的小不點送到億萬公里開外的火星，難道就是去測幾個物理參數么？

　　（是的。智慧文明就是這麼浪，這是咱的特權。）

　　俗話說得好：「識人識面不識心」。人們對火星並不陌生：這顆紅色的光斑早在幾千年前就映在了老祖宗的眸子里，早在幾百年前就在伽利略的鏡筒里擴展成了一個兩極清晰可辨的球體——然而，就算在好奇號已然給人們傳回了大量火星表面照片的當下，人類也依然回答不了這麼一個很基本的問題：火星內部到底是什麼樣子？

　　而這，就是洞察號的使命。

　　上天容易入地難

　　入天外的地，難上加難。

　　地球咱們都熟悉。這顆蔚藍色的行星，其實有著一個「雞蛋狀」的構造。一如雞蛋分為了蛋殼、蛋白和蛋黃，咱們的地球，也分為地核、地幔、地殼3個圈層。

　　這樣的知識就像常識一般印在人們的印象中，就彷彿人人都能看到地核、地幔和地殼一樣。但仔細一想，其實根本不對勁。人類迄今為止往地下打的最深的鑽探，也不過僅僅鑽了12公里深。12公里是個什麼概念呢？大概相當於北京西三環到東三環的距離。相比之下，地球大陸地殼的常規厚度是30-50公里，而地球的直徑則是12 567公里。

　　連地殼一半兒都沒有鑽穿，你還指望看到地球內部的世界？顯然不可能嘛。那人們是怎樣知道地球內部的圈層結構呢？

　　靠地震波。

　　地震波是一雙「順風耳」，可以看到肉眼看不到的世界。就像聲波是空氣的振動一樣，地震波便是大地的振動，它們都屬於機械波。機械波在不同介質中的傳遞速度不一樣，遇到介質交界面時，則會發生折射和反射，和光的功能非常類似。我們雙眼之所以能夠看到不發光的物體，便是因為射向物體的光線經過反射之後進入了眼睛，從而勾勒出物體的輪廓。既然機械波在地下也可以反射，倘若我們擁有一雙能夠「看到」（其實比喻成「聽到」更合適）機械波的「眼睛」（耳朵），豈不是就能知曉地下的輪廓和結構，知曉紛繁多彩的地下世界了？

　　是的。所以人類派出了洞察號，讓它貼著火星地面去「聽一聽」那顆紅色星球上的地震。

　　

　　洞察號到火星，將探測火星地表之下的內部構造。圖片來源：維基百科

　　但另一個問題是：火星已經幾乎沒有內部地質活動了，哪裡來的地震波可以收聽呢？

　　首先，「火星內部沒有地質活動」本身就是一個沒經過證實的推測，而不是科學事實。洞察號的前任們，從來沒有就相關問題開展過研究。洞察號這次去火星的目的之一，本身也是為了弄明白到底火星上會不會出現一些天然內部地震。

　　其次，就算沒有火星內部活動，地殼的震動也是可以通過外界因素誘發的。在地球上，人們部署地震勘探工程時，便通過人工震源來釋放機械波。火星上顯然沒有人工震源，但有一些「熱心分子」會積極地前來幫忙——它們便是小行星。由於沒有大氣層的保護，每年都會有一些小行星能夠成功撞上火星地表，然後激發地殼，發生振動。對於洞察號來說，每一次小行星撞上火星，就是一次難得的「收聽機會」。

　　另外，洞察號還攜帶了一個熱傳導測量儀，能夠搞清楚火星地核中的熱量到底要經過多久才能傳到地表。於是，洞察號一方面通過接收地震波在火星內部不同結構之間反射，勾勒出火星的圈層結構；一方面，通過計算熱導率來估算深部物質的組分。兩者一結合，火星的內部，基本上就對人類「開放全息」了。

　　洞察遠方，實乃洞察歷史

　　了解火星內部的圈層屬性，並不是人類的終極目的。根本的目的，是想讓火星講講它億萬年來的演化回憶錄。而這份回憶錄，或許寫滿了早年火星與地球一同共享、卻已經被地球忘卻了的故事。

　　太陽系有8顆行星。這8位太陽神的巨子，有著不同的身份特徵。靠內的這4位，即水星、金星、地球和火星，是由岩石構成的。而靠外的4位，即木星、土星、天王星和海王星，則主要由氣體和冰構成。8顆行星都是在45億年前的太初時代，由無數塵埃圍繞著太陽逐漸吸積變大而形成。有這麼一個常識，就是離太陽越遠越冷（廢話），所以靠近太陽的部分只有岩屑才能倖存下來，冰塵只能集中在遠離太陽的外側地帶。這就導致靠內的4顆行星最終形成了岩石質地的軀幹，而外部的巨行星則是冰核和雲氣的聚合物。

　　地球和火星，這緊密相鄰的兩兄弟，都是岩質行星，共享著相同的起源和相同的原始組分特徵。但後續的情況用不著解釋也知道：一個生機勃勃、演化出了智慧生命；另一個荒蕪冰冷，幾乎毫無生氣。

　　或許我們會說，這是「宜居帶」使然。的確，在太陽的溫度梯度下，地球確實落在能夠讓水維持液態的距離內。但根本的問題是，如果一顆星球連液體都「抓不住」、如果一個星球表面壓根就儲存不了熱量，縱然你落在宜居帶內又有什麼用呢？圍著咱們轉的月亮也在宜居帶內，可液態水能在月亮上保存嗎？並不能呀。

　　事實上，是這麼一個根本原因，決定著行星最終的分化方向。它並不是什麼高深的物理變數，而是任何人都再熟悉不過的，我們對萬事萬物的最直觀印象——

　　個頭兒。

　　

　　行星的個頭，決定了它們最終分化的方向。圖為地球和火星的大小對比。圖片來源：維基百科

　　行星的大小，幾乎決定著它們「生命」中的一切！個頭大，表明最初吸積時能儲集更多的內能；個頭大，表明內部放射性物質的絕對含量會更多；個頭大，表明裹在地核外頭的「隔熱層」非常厚，不容易放涼；個頭大，表明著引力大，能夠聚集更多地表物質，比如水圈和大氣圈等…… 一言以蔽之，大個子的行星更熱、更持久、引力更強。

　　這就帶來了很多好處：熱量更持久，可以讓內部維持超長時間「待機」，也就是長時間維持內動力地質作用，然後驅動岩石圈分裂為板塊，誘發構造活動，不斷更新地表環境。引力更大呢，可以讓地表維持穩定的大氣層，從而為地表多變的氣候提供基礎條件。當地下和地表都具備了長時間活躍條件時，還要看第3個影響因素：只有個頭足夠大的岩質行星才能持續維持一個熔融態的外地核，從而形成一個包裹全球的磁場，保護著地表的水圈和大氣層不劇烈的太陽風給颳走。

　　事實很明白：所有這些優勢，都是屬於咱地球的。可對於想追溯歷史的人來說，活躍就是一個很麻煩的事情了。活躍不息的地質運動支撐著生物圈38億年來的活躍；但地質運動——加上生物圈本身，都是愛折騰的主兒。今天滄海、明天桑田，40多億年來回變幻翻動，早把太初時代那些珍貴地質史料摧殘得面目全非。

　　小不點火星呢，早在30多億年前就已經冷卻了。人類需要的恰恰是這份早年的冷卻。它凝固的地核，是歷史；它死氣沉沉的岩石圈，是歷史；它僵硬不動的地層，是歷史；它乾涸的湖盆、它永眠的火山，還是歷史。

　　

人類不是沒有想過，億萬年前的火星上，同樣有著持恆不撓的造山與填壑。所謂的板塊運動，是地球自家維持生命的無二珍寶。

　　——但前提是，你要確認它的岩石圈內部有遭受應力而褶皺的痕迹。

　　人類不是沒有想過，億萬年前的火星上，同樣有著溫暖的季節與洶湧的大洋。所謂外動力地質作用，是今日地球自家表層活躍不羈的現實。

　　——但關鍵是，你要確認它的岩石圈淺部也有相應的沉積蓋層。

　　人類也不是沒有想過，億萬年前的火星上，曾經萌生了最原初的生機。那第一抹曙光是否依舊存在，它沉睡在何處？人們期望過，猜測過，也一次次的試探過。

　　——但問題是，我們終歸沒在火星找到確鑿的能支撐早期生物存活的環境遺跡。

　　所以，問題太多，而真正看到的、證實到的，又太少。既然知道真相就埋在那裡，現在條件成熟了，何不過去看一看，瞄一瞄呢？一來二往，這眼界便有了突破。在這個節點上，名為洞察號的探測器飛了過去，並在火星上著陸，或許便是我們的歷史起源真正揭曉之時。（編輯：Steed）