岩洞火星殖民者的第一家园

今年7至8月是火星探测器的发射窗口期，中国、美国、阿联酋都计划在近期发射火星探测器。

NASA决定将它名为“毅力号”的火星探测器的发射时间推迟一周，这使得它的发射时间十分接近它十分有限的发射窗口期，即从7月17日至8月11日。如果错过这次机会的话，NASA要等到年才能再次尝试发射。

7月8日，科学撰稿人锡德·珀金斯（SidPerkins）在《美国科学院院报》（PNAS）网站发文，《Lavatubesmaybehavensforancientalienlifeandfuturehumanexplorers》（直译为《熔岩管可能是古代外星生命和未来人类探险家的庇护所》），建议将探测岩洞中的生命迹象作为火星探测计划的任务之一，因为这些岩洞有可能是火星生命最好的庇护所，也很有可能成为火星殖民者的第一家园。

报道全文编译如下：

图片来源：UnderEarthImages/DaveBunnell（摘自原文）

月球和火星上的熔岩洞，可以为航天探险者们提供栖息地以及地质勘探的机会。

在新鲜、荒凉、热气腾腾的地表下，熔融的岩石仍然可以深入地下，雕刻出可以延伸数十公里的洞穴。在地球上，冷却后的熔岩管是对洞穴探险家的挑战；而在月球和火星上的熔岩管则引起了行星地质学家、天体生物学家和探险家的兴趣。

除了提供一个了解地质历史的窗口，熔岩管还提供了相对稳定的环境条件，很可能比在行星表面发现的环境条件更宜人。这些管子也许能成为生命的庇护所，从微生物直到来自地球的太空殖民者。

如果火星曾经出现过生命，它可能会随着星球的演化、地表条件的日益恶劣而进入这样的避难所。事实上，一些研究人员认为，在这颗红色星球的地下避难所里，微生物可能还存在。

几十年来，科学家们为了寻找远古生命的迹象，一直在扫描火星表面。图｜NASA

“在火星和其他地方，熔岩管有可能是生存与死亡的决定性因素。”美国宇航局艾姆斯研究中心的行星研究员帕斯卡·李（PascalLee）说。

李说，无论在哪里发现熔岩管，它们在科学上都是非常奇异的。他指出，如果火星探测任务能兼顾地表与地下，“才是一举两得的好法子”。

1、因熔岩流而生

由地下而来的熔岩流几乎可以在任何地方铸成熔岩管，其中稳定的低粘度熔岩流最容易形成熔岩管。

图｜reference

熔岩是指被加热到足以使其变成浓稠液体的岩石。熔岩通常与火山的熔岩有关。

熔岩管的成形与河流结冰差不多:流动的熔岩在散热，它的表面会冷却和凝固；但在流动的边缘，冷却的速度更快，而熔岩的移动缓慢。

李解释说，最终，熔岩流在海岸之间的陆地上冻结，这会使下面的熔岩失去直接向上辐射热量，或被风冷却的可能，从而将其隔离。

然后，当熔岩的来源开始减弱，或者当熔岩流掘进或融化到下面的岩石中，或者两者兼而有之时，熔岩就会从管道中流出，留下一个光滑的、壁厚的洞穴。

熔岩流会融化到下面的岩石中。今年2月，在美国圣安东尼奥举行的第三届国际行星洞穴会议上，德克萨斯大学圣安东尼奥分校地质学家艾伦·惠廷顿（AlanWhittington）发表讲话说，如果熔岩流湍急，熔岩每天可以向下侵蚀1米。

因此，长期、大量的熔岩流形成的管道可能是巨大的。地球上已知最长的熔岩管——65公里长的Kazumura洞穴，位于夏威夷大岛上，从基拉韦厄火山一直延伸到大海。在一些地方，这根管子宽21米、高18米，足够容纳一个大尺寸的房子。

然而，几乎可以确定，月球和火星上的熔岩管会更大。30至40亿年前，这两个天体都有频繁的火山活动。长期以来，沟槽状地貌被怀疑是坍塌的熔岩管；最近，更有力的证据出现了，轨道探测器拍到了这些地下洞穴的入口。

这些被称为“天窗”的开口，很可能是在熔岩管的顶部塌陷时形成的。月球上第一个这样的特征——一个直径50米、深数十米的洞，是在十多年前由日本赛琳娜轨道飞行器拍摄的图像中发现的。

从那时起，在月球上又发现了更多的天窗；在火星轨道飞行器拍摄的图像上也发现了数百个可能的天窗，其中第一个天窗拍摄于20世纪70年代中期。

地球上的熔岩管，从夏威夷基拉韦厄火山熔岩管这样比较年轻的，到几十万岁甚至更久的都有。

一些刚形成的管道可能还没有被标记在地图上，但在某些地区，它们已经延伸了几十公里。

例如，在加州的熔岩床国家纪念馆，多个熔岩管总计延伸了至少公里。

图片来源：NASA/Goddard/ArizonaStateUniversity（摘自原文）

天窗投射到月球MareTranquillitatis下方的熔岩管中的阴影表明，这可能有多米深。

2、人类的定居地？

数十年来，研究人员一直推测，月球和其他星球的熔岩管可能成为星际殖民者理想的居住空间。

图｜ScienceAlert

科学家认为他们已经发现了通往月球极地冰层的熔岩管。

美国宇航局喷气推进实验室的地质学家劳拉·克伯（LauraKerber），在洞穴会议上解释说，这些管子之所以吸引人有很多原因。

首先，保护环境免受宇宙射线、太阳高能粒子和紫外线等辐射的影响。第二，岩石屋顶像是一个防护罩，可以防止微陨石刺穿太空服和建筑物。此外，和地球上一样，地下环境也会减少温差的影响——在月球上，温差变化极端剧烈。

月球勘测轨道飞行器在年至年间收集的数据显示，月球赤道附近的温度在白天可以达到℃，而在长达两周的夜间，温度会骤降到零下℃。

不过，殖民者是否真的能利用这些好处是个问题。惠廷顿说，考虑到天窗边缘的地质可能不稳定，以及现有宇航服的移动性能有限，要将人降到地下的岩洞里，然后再把他们弄出来，这将是一个很大的挑战。

还有安全问题。尽管在洞里安家的想法听起来很浪漫，但李说：“事实的真相是洞穴很危险。”

尤其是在天窗附近，洞穴顶部已经显示出坍塌的倾向。人类活动很可能会进一步破坏它们的稳定性，或者导致天窗边缘周围的物质崩塌。

“熔岩管可能是令人兴奋的探索，但并非一个安全的住所。”李说。

3、无需钻井的探测通道

无论熔岩管是否可以成为星际殖民者的家园，它们都将为地质研究提供大量素材。西南研究所的天体生物学家查理提·菲利普斯-兰德（CharityPhillips-Lander）在行星洞穴会议上说：“洞穴提供了进入地下的通道，而无需在飞船中增加钻井器械的荷载。”

阿波罗计划中登上月球的宇航员，在月球表面收集岩石和土壤时，钻入月球表面的深度从未超过2.9米。

相比之下，月球天窗的岩壁厚度可达数十米，并且有明显的分层。克伯指出，这些岩层中的一些可能是古代熔岩流形成的，做年代分析可以测定火山活动发生的时间和频率。

夹在这些地层之间的可能是一层层的风化层，或者粉碎的岩石，它们是由陨石不断撞击形成的。这些夹层的厚度有助于研究人员估计此类撞击发生的速率。

这些撞击的速度和时间与地球所经历的大致相同，因此它们可能会揭示出生命出现时地球的环境，以及它是否在再次出现之前被扼杀。

此外，对这些物质进行详细的化学分析，可能会揭示太阳风过去变化的信息，因为太阳风的带电粒子也被困在风化层中。追溯太阳风的历史也可以揭示地球古代气候的变化——在活跃期的太阳会释放出更多的带电粒子辐射，从而导致地球变暖。

克伯和同事们提出了一个到达天窗层的想法：月球车部署一个索降机器人，其轮子塞满仪器和传感器。

研究人员尽可能接近天窗（洞口附近的斜坡不稳定，且坡度可达20°），月球车将机器人放下，两者之间用一条长达米的缆绳连接，通过缆绳提供电力和通信。按照这个设想，机器人携带的仪器包括三个高分辨率照相机、一个收集不同波长图像的显微镜和一个分析矿物成分的分光计。

其他工具包括一个小磨床，以清除表面锈迹和裸露的岩石。

克伯指出，限制这一任务进行的一大障碍就是时间。登陆器需要在大约14天的时间内（即月球的日出和日落之间）降落在月球上，展开月球车，并进行分析。因为月夜异常寒冷的条件，可能会对脆弱的电子设备、传感器和电池造成严重破坏，以致于它们无法在第二个月球黎明到来时恢复工作。

4、火星家园

水生矿物的发现，以及由轨道探测器、着陆器和探测器收集的其他数据表明，数十亿年前的火星比现在更温暖、更潮湿、大气层更厚。

古火星曾经比较温暖潮湿。图｜NASA

如果生命曾经在这颗红色星球上进化，如果它与地球上的生命相似，那么今天它不可能在火星表面生活，李说。

除了寒冷和干旱，火星地表还暴露在大量紫外线辐射下。火星缺乏强磁场，这意味着来自太阳的宇宙射线和高能粒子可以自由流动，增加辐射危害。

火星上猛烈的沙尘暴中带有静电，有助于产生一种名为高氯酸盐的活性化学物质，这种物质对任何类地球生命都是有毒的。

李指出：“但是当你把目光投到地下，这些不利条件都消失了。”

菲利普斯-兰德对此表示赞同：“如果那里有生命，或过去曾有生命存在，它最有可能出现在地下，远离严酷的地表条件和变化。”

就像在月球和地球上一样，火星上的熔岩管可以提供一个相对稳定的环境。

即使这种环境并不适合今天的生命生存，它也可能是生命在一个垂死星球上最后的坚持。当大型地外物体撞击更为普遍的时候，熔岩管也可以保护生命免受许多破坏性影响。

因此，菲利普斯-兰德在洞穴会议上提出，美国宇航局火星探测计划的目标之一，应该是确定熔岩管中是否有迹象表明，过去或现在在火星上存在生命。

这些迹象可能包括有机化学物质，它们在一定波长的光下会发出荧光；或者微生物群落形成的可见生物膜残留。新墨西哥大学的矿物学家迈克尔·斯皮尔德（MichaelSpilde）说，如果没有这样明显的生命迹象，那么过去生命的其他迹象——例如化石化的微生物细丝甚至化石细胞——可能会出现在洞穴壁上，然后被保存下来。

探索月球和火星上的熔岩管，不仅可以提供有关这些天体及其撞击历史的信息，而且可以获得有关地球和太阳的信息。

克伯说，这些特征“就像时间胶囊一般，记录了太阳系的早期历史。”

关于作者

锡德·珀金斯（SidPerkins）是一名自由科学记者，常驻田纳西州克罗斯镇。他擅长地球科学和古生物学，但也经常涉及天文学、行星科学、材料科学和工程等主题。

*编译稿件仅供参考，原文以英文原文为准。点击阅读原文查看。文中图片除注明外，均为编辑所加

编辑｜Kai

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