火星熔巖洞穴——未來人類的「庇護(hù)所」？

2020年7月23日，承載著中華民族對(duì)真理追求的堅(jiān)韌與執(zhí)著，我國首個(gè)獨(dú)立火星探測(cè)任務(wù)“天問一號(hào)”搭乘長征五號(hào)遙四火箭，從文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功升空，下一站火星！

如果人類在未來能夠移民火星，那應(yīng)該定居在哪里呢？跟著小研來看看吧！

“如果火星存在生命，或過去曾有生命，那么或許它們?cè)诘叵虏拍艿玫阶詈玫谋幼o(hù)，遠(yuǎn)離惡劣的地面環(huán)境?！?/p>

—— Phillips Lander

北美東部時(shí)間 5 月 30 日，在肯尼迪航天中心 39A 發(fā)射平臺(tái)，SpaceX 獵鷹 9 號(hào)（Falcon 9）帶著 Crew Dragon 飛船準(zhǔn)時(shí)發(fā)射升空。

SpaceX龍飛船5月30日發(fā)射升空

這也標(biāo)志著SpaceX的 CEO（兼 CTO）埃隆·馬斯克完成了自己當(dāng)初立下的“移民火星”目標(biāo)的第一步。

那么，“移民火星”是否只是馬斯克不切實(shí)際的夢(mèng)想？還是確有可能？我們不妨先來看一看有關(guān)火星熔巖洞穴的研究進(jìn)展。

火星上的熔巖洞穴

火山上緩緩流下的巖漿的作用可能沒有我們看到的那么簡(jiǎn)單。在火山下熱氣蒸騰的新生表面下，熔化的巖石可以侵蝕進(jìn)入地下，啃噬出綿延數(shù)十公里的地下熔巖洞穴。

對(duì)于地球上的人們而言，這樣的洞穴對(duì)于探險(xiǎn)者來說是一個(gè)令人興奮的挑戰(zhàn)；但在月球和火星上，同樣的現(xiàn)象卻激起了行星地質(zhì)學(xué)家和天體生物學(xué)家的興趣。

假如火星上真的存在過生命，那么隨著火星表面環(huán)境的惡化，它們當(dāng)初一定搬進(jìn)了熔巖洞穴這個(gè)生命「庇護(hù)所」。NASA的行星科學(xué)家Pascal Lee認(rèn)為，在火星等可能孕育生命的地方，熔巖洞穴的存在與否或許決定了生命的存亡。

冰島Surtshellir-Stefanshellir熔巖洞穴系統(tǒng)。

「庇護(hù)所」是否可靠？

數(shù)十年來，研究者一直猜測(cè)火星等星體的熔巖洞穴可以為前來探險(xiǎn)的人類殖民者提供一個(gè)「庇護(hù)所」。

近年來的火星任務(wù)傳回的數(shù)據(jù)表明，數(shù)十億年前的火星環(huán)境比今天更加宜居——更溫暖、更濕潤，大氣層也更厚。倘若當(dāng)初這顆紅色的星球上進(jìn)化出過與地球類似的生命那它們一定不能在今天的火星表面上生存?；鹦潜砻娴膹?qiáng)烈輻射、隨時(shí)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)隕石和劇烈波動(dòng)晝夜溫度都表明火星表面必然是不毛之地。

好奇號(hào)火星車拍攝的自拍，拍攝時(shí)間2019年10月11日。

那么火星上的熔巖洞穴會(huì)是生命的「庇護(hù)所」嗎？答案或許是肯定的。

首先，火星表面暴露在大量的紫外線輻射下。缺少強(qiáng)磁場(chǎng)的作用意味著來自太陽的宇宙射線和高能粒子可以自由向下運(yùn)動(dòng)到達(dá)火星表面，從而增加了輻射的危害。強(qiáng)烈的沙塵暴中的靜電會(huì)促進(jìn)高氯酸鹽的產(chǎn)生，這種化學(xué)物質(zhì)對(duì)任何類地生物而言都是劇毒。而熔巖洞穴的存在可以讓生命免受輻射和劇毒物質(zhì)的威脅。

藝術(shù)家想象圖：太陽風(fēng)暴襲擊火星大氣，并將離子吹離火星上層大氣。

其次，熔巖洞穴可以為生命提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境。盡管這種環(huán)境以今天的標(biāo)準(zhǔn)看來并不那么的宜居，它卻可能是這顆將死的行星上留給生命的最后堡壘。在當(dāng)初來自太空的影響（如隕石、日冕物質(zhì)拋射等）更為常見的時(shí)候，熔巖洞穴可能幫生命抵擋了大部分毀滅性的影響。

夏威夷Kazumura熔巖洞穴中的主回廊，圖中展示的是洞穴中脆弱的樹根系統(tǒng)。

最后，不僅是火星，月球上等各個(gè)行星上的溫度變化對(duì)于人們來說都是一種考驗(yàn)——月球赤道附近的溫度在白天可以達(dá)到120℃，而在兩周內(nèi)可驟降至-130℃。而在熔巖洞穴中，這種影響就是微乎其微的，地下隧道內(nèi)的環(huán)境溫度將不受外界溫度波動(dòng)的影響。

因此，Phillips Lander 在 Caves 會(huì)議上提出建議，NASA 的未來目標(biāo)之一應(yīng)該是確定熔巖洞穴中是否有任何生命跡象。這種跡象可以包括有機(jī)化學(xué)物質(zhì)或者是微生物群落留下的殘留物。

“在月球和火星上探索熔巖洞穴，不僅能了解這些星體的地質(zhì)信息和沖擊歷史，而且還能獲取地球和太陽的相關(guān)歷史信息?！盞erber 說道，“這樣的發(fā)現(xiàn)就像是一個(gè)來自早期太陽系的‘時(shí)間膠囊’。”

延伸閱讀 · 熔巖洞穴的形成

地表上的任何熔融巖石流幾乎都可以形成熔巖洞穴。

低粘度的火山巖漿的穩(wěn)定流動(dòng)最有可能形成熔巖洞穴——其形成方式類似于寒冰時(shí)期河流的結(jié)冰方式——隨著流動(dòng)巖漿的表面熱量的消散，逐漸冷卻凝固，但在巖漿邊緣處物質(zhì)流動(dòng)速度相對(duì)更快。最終，下方的巖漿被隔開。如此一來，下方的巖漿慢慢侵蝕下層巖石，形成一個(gè)陡峭的洞穴。

火山巖漿

德克薩斯大學(xué)地質(zhì)學(xué)家 Alan Whittington 在二月舉辦的第三屆國際行星洞穴大會(huì)（International Planetary Caves Conference）上發(fā)表講話說，如果熔流湍急，熔巖每天可能會(huì)向下侵蝕多達(dá)一米。

地球上已知的最長熔巖管道，夏威夷島上的 Kazumura 洞穴，已經(jīng)長達(dá) 65 公里。不過，月球和火星上所形成的熔巖管道比這還要大很多。

Kazumura 洞穴，世界上最長的熔巖洞穴，位于夏威夷基拉韋厄火山的東面

最近，月球軌道探測(cè)器捕捉到的圖像顯示，月球表面上存在著許多不規(guī)則的“天窗”——這些開口很可能是熔巖管道頂部塌陷而成的。

位于月球靜海（Mare Tranquillitatis）的熔巖洞穴。圖片中的陰影表明這個(gè)熔巖洞穴可能深達(dá)100米。

參考資料：

1. https://www.pnas.org/content/117/30/17461?etoc=

2. A. G. Whittington, A. Sehlke, A. A. Morrison, Tubular hells: New measurements of lunar magma rheology and thermal properties applied to thermal erosion and lava tube formation. Presentation #1077 at the Third International Planetary Caves Conference. https://www.hou.usra.edu/meetings/3rdcaves2020/pdf/1077.pdf. Accessed 24 June 2020.Google Scholar

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圖源：

1. https://techcrunch.com/wp-content/uploads/2020/05/spacex-crew-dragon-demo-2-launch.gif

2. https://www.pnas.org/content/117/30/17461?etoc=

3. https://www.nasa.gov/mission_pages/msl/images/index.html

4. NASA/GSFC

5. https://en.wikipedia.org/wiki/Kazumura_Cave#/media/File:Kazumura_roots.jpg

6. https://media.giphy.com/media/XjDK0sbp3Y9kk/giphy.gif

7. https://en.wikipedia.org/wiki/Kazumura_Cave

8. https://www.pnas.org/content/117/30/17461?etoc=

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來源 | 石頭科普工作室 人民日?qǐng)?bào)

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