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13 火星
由於火星火紅的顏色，很多不同文化的先人都把它與灑落的血聯想在一起，因此都以它們的戰神來為火星命名。幾世紀以來，人類仍然為這個紅色行星所吸引，進而發現了雲層、塵暴，以及火星表面季節的變化，甚至引發有關火星「運河」的爭論。很多科學家對於我們或許會在火星上找到生命的這種強烈感覺，在1976年兩艘「海盜號」太空船登陸時達到了顛峰。其他也賦有這個同樣目的的太空任務也預計在1990年代進行。
表13.1整理出火星與地球的物裡特性。雖然火星和地球比起來，體積比較小，距離太陽也比較遠，但是我們能夠看出地球與火星，在白晝的長度上、季節的變化上（兩顆行星類似的自轉軸傾角所造成的結果），尤其特別重要的是，這些變化發生所在的可見固體表面（彩圖9及11），彼此都非常相似。由於地球表面的百分之71為水所覆蓋，火星與地球全部的陸地面積幾乎一樣大（圖13.1）。
在本世紀初期，科學家開始注意到火星上可能有生命的觀測證據。這些觀測證據來自行星表面明暗對比的季節變化。這些一年當中的變化，從春末開始極冠有段時間會變暗，然後隨著夏天到來逐漸向赤道區域擴散（圖13.2）。這和地球上春天傳播的方向相反，但是天文學家當時懷疑這個暗區的游動可能是植物成長的結果。如果在火星上，對於水的取得比當地的表面溫度來得重要，又如果水只能來自極冠融化的冰，那麼植物可能會隨著挾帶水汽的風，或是地面上流動的水，從極地傳到赤道而跟著繁榮起來。生長的植物與地面比起來，會反射比較少的陽光，因此植物茂盛的地區就顯得比較暗。
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表13.1 地球與火星物理特性的比較
行星 半徑 質量 表面重力 白晝長 年長 與太陽距離
(km) (gm) （地球＝1） （小時） （年） （地球＝1）
地球 6378 5.98x10{27} 1.00 24 1.00 1.00
火星 3395 6.42x10{26} 0.38 24.5 1.88 1.52
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圖13.1 火星的直徑只有地球的百分之53。地球與火星最明顯的不同就是地球擁有大量的水。因為四分之三的地球表面為海洋所覆蓋，火星與地球幾乎擁有相同的陸地面積。注意火星上存在的大型隕石坑和月球上的很像。
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圖13.2 用望遠鏡觀測火星，會看到灰暗的特徵襯托在明亮、淺色的背景之前。在南北半球，春天會使明暗區域的對比增加，而當逐漸進入夏季時，極冠的面積縮到最小（見左圖）。
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<現代的火星觀測> (Modern Observations of Mars)
隨著望遠鏡的進步，同時所配備的儀器也隨之愈發精密，火星的影像也跟著改變。第一項挑戰是測量火星的溫度。火星非常寒冷；在火星最接近太陽時，表面上最溫暖的地方，白天最高溫會升到約20C，相當於洛杉磯涼爽的夏夜。但火星的平均溫度遠低於水的冰點。即使在中午時分達到20C的地點，夜晚的溫度也將近-90C！在這種情況下，不論是天然的還是人為的流水河道都不可能存在。
對火星的光譜觀測證實了一項猜測，就是這顆紅色行星不該有流動的水。到1960年代初期，天文學家知道火星的空氣主要由二氧化碳組成，而只有微量的水蒸氣。火星大氣裡的氣體含量，以及大氣加在火星地面的壓力，一定不到我們大氣的百分之一。在討論火星可能存在生命的問題時，表面壓力扮演了重要的角色，因為要是火星的大氣無法提供至少百分之0.6的地球大氣壓力，那麼無論表面溫度為何，水都無法以液態存在。如果大氣壓低於這個起始值（也就是壓力低於6毫巴），冰就不會融化，而只會在氣候變暖時形成水蒸氣 ── 就是「昇華」過程 ── 正如乾冰（冰凍的二氧化碳）在地球表面昇華一般。在這些壓力之下，水無法以液態存在，而只能是固體或液體。而要是沒有水，我們所知道的生命便不能維持，因此表面的大氣壓是火星是否有生命存在的關鍵因素。
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<太空探勘的結果> (Results from Space Probes)
1965年的7月15日，一艘叫「水手四號」的太空船攜帶了一批簡單的儀器飛過火星，讓我
們首次近距離觀看其他的行星。水手四號告訴我們，至少部份的火星表面擁有像月球表面一樣的隕石坑（再次見圖13.1）。兩艘後續的太空船，水手6號與水手7號在1969年飛越火星，而最後成功地在1971年將水手9號送進火星的軌道。這些太空船上面的儀器愈來愈先進，以致水手6號與7號配備的紫外光譜儀能夠發現火星存有臭氧，其含量不到百萬分之一，而水手9號的紅外光譜儀則沒有偵測到甲烷（火星大氣裡的甲烷含量，其上限不到十億分之25；相比之下，地球大氣包含了十億分之50的臭氧，與十億分之2000的甲烷）。
水手號系列的太空船發現火星表面的壓力恰小於臨界的6毫巴，這表示不會有液態水的存在。仔細審視水手9號送回地球的數千張照片，沒有發現任何羅威爾 (Percival Lowell；見第一章，圖1.4) 所說的惡名昭彰的「運河」的證據。這些線條顯然只是視覺會將表面的暗點隨機排列，因此所產生的錯覺，正如圖13.3所示。水手6號與7號上的光譜儀顯示，火星的極冠主要由冰凍的二氧化碳所組成，而不是冰凍的水。這明顯地說明火星上非常的冷，因為地面的溫度必須降到 -125C，才足以讓二氧化碳冰凍。測量行星的紅外輻射證實了這個推論，也就是即使是在赤道上，在一般日子裡，火星表面的溫度在日出前會下降到 -90C，而且每一天溫度的變化超過100C，遠比地球上溫度變化最極端的沙漠還要顯著得多。這些可觀的變化是因為火星的大氣層太稀薄，其密度只有地球的1/150。雖然火星大氣和金星一樣主要由CO2所組成，但是火星的大氣非常稀薄，以致溫室效應使行星溫度只上升了5度。
火星上少量的臭氧位在地面附近，同時支離破碎地分佈在行星上最冷的區域。臭氧因此無法有效地阻擋來自太陽的紫外線。當某些科學家考慮到這一點，再加上極可能沒有液態水以及極度的低溫，使他們認為火星上有生命的希望看起來非常渺茫。但是其他一些科學家則強調，如果能有適當的紫外線遮蔽（例如說生活在岩石之下），同時能夠得到少量液態水（只要一天當中有少部分的時間能夠在土壤上佈灑些水），那麼某些地球上的微生物便能在惡劣的火星環境下生存。這些科學家指出，蜿蜒而支脈錯綜的乾涸河谷的存在，是火星表面曾經有液態水流動的證據（圖13.4）。龐大的火星火山（彩圖11） ── 尤其是它們當中的奧林帕斯山脈 (Olympus Mons)，其峰頂聳立在周圍平原25公里之上 ── 顯示此行星的表殼在不久前曾經有活躍的活動（圖13.5及13.6）。會不會是時間上的巧合讓我們正好在火星的冰河期來到這顆紅色行星呢？以前火星的條件是否比較適合生命呢？會不會哪一天這些條件再度變得合適了呢？
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圖13.3 當羅威爾及史基亞帕拉里兩位天文學家在一個世紀前繪製火星地圖時，他們看到無數的線條或是「運河」（如左圖；由史基亞帕拉里所繪）。安東尼亞迪 (Eugenio Antoniadi) 也繪製了同一塊火星區域，但是卻沒有看到那些運河（右圖）。雖然羅威爾宣稱這些運河是火星智慧生物的科技產物，我們現在知道這些運河只不過是眼睛的錯覺造成的。
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我們倒是知道火星自轉軸相對於行星繞日軌道的傾角是會隨時間而改變的。在數百萬年當中，這個傾角會週期性地變大變小（圖13.7）。這些變化源於木星與太陽加諸於火星的重力，所合成的效應，它們對火星的氣候有重要的影響。
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圖13.4 蜿蜒而通常支脈錯綜的山谷很像地球上乾涸的河床，這強烈暗示火星表面曾經有大量的水流過。
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考慮一下當自轉軸傾角超過現在的值時，會發生什麼事情？在那段時期，夏季與冬季的差異一定比現在來得明顯，而我們能想像極冠說不定會在某半球的夏季完全消失。當天文學家首度發現這個效應時，他們認為這個昇華的過程會釋放出足量的氣體（多半是二氧化碳）進入火星大氣，以致增強了大氣壓力而使液態水得以存在。這能夠解釋水手9號所拍攝到、類似乾涸河床的交錯條紋結構。
隨著液態水重複的出現與消失，火星上的生命可能會發展出某種超級冬眠的方式，以度過沒有液態水的數十萬年期間，直到極冠再一次昇華，重新又有液態水滋潤已然乾燥了的生物。不幸的是，大多數具有水痕的條紋似乎年齡不是百萬年，而是十億年左右，這表示我們想像的這種液態水的循環，只發生在火星歷史中非常早的時期。雖然如此，火星表面液態水的證據是相當明顯的。這些條紋是如何刻出、何時刻出的呢？在那段期間火星還發生了哪些事情呢？
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圖13.5 水手9號太空船在1973年所拍攝到的火星合成照片，顯示出北半球的極冠（上圖）以及廣大的火星火山（下圖）。
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<海盜號計畫> (The Viking Project)
經過了100年來來從地面上所進行的具爭議的研究，以及8年來從太空裡所做同樣具爭議的研究，首度登陸火星的任務在蓄勢待發的氣氛中展開。海盜號任務的兩艘太空船都各自擁有一艘軌道船及一架登陸艇，在1976年的夏天抵達火星。軌道船能夠在登陸艇實際下降之前，研究登陸地點的適合度，同時也當做中繼站，傳回登陸艇在表面所取得的資料，並且做為遙測探勘整個行星的工作平台。
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圖13.6 奧林帕斯山脈是太陽系裡最大的山脈（就目前所知！），高聳在周圍的火星平原之上25公里。這個火山的直徑有300公里，超過地球上最大的火山羅娥山 (Mauna Loa；譯注：位於美國夏威夷島上) 寬度的5倍。
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圖13.7 介於火星自轉軸與繞日軌道的法線之間的夾角，會週期性地呈現幾度的變化。當這個夾角比現在的值來得大時，火星的夏季與冬季的差異會比現在明顯。
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表13.2列出海盜號太空船上的酬載，也就是設計用來回答有關火星一些最重要問題的儀器。火星土壤的成分為何？無機物分析會告訴我們答案。火星的內部仍夠活躍到產生「火星地震」嗎？ 地震儀會提供答案。火星大氣是由什麼組成的？這個資料會來自艙板（下降時用來保護登陸艇）上面的質譜儀、來自登陸艇本身，也會來自軌道船上的光譜儀。火星的溫度為何？軌道船上的紅外輻射計能夠測量地面以及大氣層的溫度，而登陸艇則能精確感應到局部的變化。天氣如何呢？海盜號登陸艇能測量風速、風向，以及大氣壓力。火星看起來是什麼樣子呢？來自軌道船的影像能顯示比Rose Bowel (譯注：美式足球場) 稍大一點的表面特徵；稍後，等到軌道船調整好以後，我們便能夠清晰分辨出觀眾席與球場。在這當中，登陸艇會拍攝四周的照片，解析力從靠近登陸艇的幾個毫米，到地平附近的幾百公尺。每艘登陸艇上
的兩具攝影機能夠從不同角度拍攝影像，同時配備有濾光鏡以取得火星的彩色照片。火星聞起來是什麼味道，嚐起來又是什麼滋味呢？分子分析的儀器會檢驗大氣及泥土的成分，而提供我們答案。還有，火星上面有生命嗎？這是個好問題！很多儀器能幫助解答這個問題，但是其中有三項儀器特別是針對這個而設計。我們將在下一章中討論這三項儀器的功能。
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表13.2 前往火星的海盜號太空船的任務酬載
研究種類 儀器
海盜號軌道船
可見光攝像 兩具電視攝影機
水蒸氣分佈圖 紅外光譜儀
熱分佈圖 紅外輻射計
海盜號登陸艇
攝像 兩台傳真相機
生物 進行新陳代謝、生長，或光合作用三種分析的儀器
分子分析 氣體色譜分析儀
(Gas chromatograph-mass spectrometer: GCMS)
無機分析 X射線螢光光譜儀
(X-ray fluorescence spectrometer)
氣象 壓力計、溫度計，及風速計
地震 3軸地震儀
磁場性質 樣品上裝磁鐵；由攝影機觀測
物理性質 各式感應器
電波傳訊
軌道船與登陸艇的位置 軌道船與登陸艇的無線電及雷達系統
大氣層與行星資料
行星間介質
廣義相對論
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海盜號計畫在1969年慎重地展開，篩選各種儀器與參與的科學家，七年之後才真正登陸。當水手9號在1972年間傳回火星的照片時，這顆行星展現了新的面貌：除了之前的太空船曾經看到的土褐色、像月球般的景觀以外，另外還看到大型的火山、高深的峽谷，以及有趣的蜿蜒條紋。火星上的哪兩個地方最適合我們尋找生命呢？尋找適合的登陸地點必須滿足三項限制，而這些都和任務的科學目標沒有關係。首先，當地的表面壓力必須至少有4毫巴，否則大氣無法提供足夠的阻力讓登陸艇安全地減速。這排除火星上所有海拔高的區域。其次，登陸地點一定要相當靠近火星的赤道，而不靠近兩極，這樣登陸艇才能夠與地球保持良好的無線電通訊。第三點，也是最重要的一點，就是登陸地點必須「安全」；如果登陸艇落在比籃球大一點的石塊上，便無法安全著陸。但是從軌道船上所能看到的表面特徵，起碼都有一座足球場的大小！
幸虧從地球表面所做的雷達研究，能夠告訴我們火星上不同區域在小尺度上的平滑程度，我們就利用這些資料排除從其他方面看起來不錯的登陸地點，而做出最後的決定。為遠在4億公里之外的太空船選定良好的登陸地點是非常困難的，從這個角度來看，參與這次任務的科學家與工程師們實在值得慶賀，因為不單只有一次任務，而是兩次任務結果都安全著陸。此外，兩個登陸地點的地質都夠軟，所以海盜號的採樣器能夠在土壤裡挖掘，否則要是地質是堅硬的岩石的話，就無法取到樣品了。
登陸地點的選擇大部分是著眼於尋找火星生命。簡單地說，海盜號的工作人員希望降落的地方溫熱、潮濕，同時有生命。以我們已經知道的火星情況來看，任何想要雀屏中選的地點都必須要有充分的理由。在太空船到達火星之前，最後的決定是一次降落在一處水手9號觀察到有不少蜿蜒條紋通過的低窪地區，另外一次則降落在一處海拔較高的地方，因為降落當時是那個半球的夏季，希望因此在地面附近找到更多的水。
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然而當第一艘海盜號太空船在1976年6月進入火星軌道後，科學家從主要登陸地點的高解析度照片上，看到蜿蜒的條紋結構上有隕石坑（圖13.8）。這些隕石坑表示上一次有水流動已經是十幾億年前的事了。更糟糕的是，要在這個地點登陸似乎要冒很大的危險，所以在經過重重考慮後，主要的登陸地點改到克里斯 (Chryse) 盆地的西邊，這個地點位於看起來明顯曾遭流水侵蝕之處的下游（圖13.9）。
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圖13.8 這是原來為海盜1號所選定的主要登陸地點，後來在它乾涸的溪床中發現隕石坑，這表示十幾億年前曾經有水蝕刻出這些水痕。
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在1976年7月20日，在人類第一次在月球上漫步的7年之後，第一艘海盜號登陸艇安全地落在火星的表面。在那裡首先進行的實驗是拍攝並傳回登陸艇其中一個登陸腳架處的照片，以及後來有關地形的影像（圖13.10）。所選定的登陸地點相當不錯，因為在附近只有一塊石頭大到足以威脅到登陸的成敗；如果登陸艇落在它上面，它會讓登陸艇翻覆，或戳破登陸艇。彩色照片確認了火星是紅色的，這是土壤裡的氧化鐵所造成的（彩圖12）。任何聰明的古巴比倫人就可以預測這個結果！但是讓一些人感到意外的是，籠罩火星的紅色天空，和地球上所熟悉的藍色天空非常不同。造成這個紅色色調的原因可以從太空船附近的泥土中看得出來：有些顆粒小到足以懸浮在大氣中，因而形成火星天空不尋常的顏色。類似的效應在地球上劇烈的沙暴發生時也會出現，這時候稍微大一點的顆粒會把天空變成黃色。
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圖 13.9 最後選定的海盜1號登陸地點位於克里斯盆地的西側，之所以選到它是因為整個看起來很平坦。十字符號標出從海盜1號軌道船所拍攝、原來預定的登陸點，實際登陸的地點則是在十字形中央的左邊15公里處（十字形的範圍約是6公里乘以8公里）。
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圖13.10 在這幅海盜1號登陸艇附近的照片裡，視野裡充斥了直徑數公分到數十公分的石塊。左下角的架構是用來挖取樣品的採樣器。
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風吹起的塵土在火星上扮演了重要的角色，造成一堆堆的沙丘（圖13.11），也造成行星表面明亮與灰暗圖樣的錯雜變化。科學家現在相信，一度被認為是火星生命證據的「暈暗波紋」（再次參看圖13.2），其實不過就是表面的季節風，週期性地把塵土從一處移到另一處，使得大氣裡漂浮了大量細微的塵土顆粒，而減低了大氣透明度的結果。這些塵土有部分被傳送到兩極區域（我們還不曉得所需要的傳送時間要多長），累積成為層層的沈澱物，而提供研究火星歷史一些有趣的地方（圖14.6）。
第二次登陸火星的太空船於1976年9月3日降落在北緯40度的地方，其所揭露的地形景觀與第一次的地點差不多（圖13.12及彩圖13）。雖然兩個地點不太能代表整顆行星，但是仔細比較它們的異同能夠提供我們大量的知識。
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圖13.11 這幅海盜1號登陸艇所看到的影像，顯示附近有幾堆沙丘。右邊的突出物是攜帶
氣象儀器的太空船桁臂。這裡的景觀恰位於圖13.10的左側，在該圖中可以看到氣象桁臂的陰影。
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圖13.12 雖然海盜1號與2號的登陸地點相隔2500公里，但是兩者看到的整體景觀概況卻差不多。兩者的視野都充斥了直徑數公尺到數公分的大小岩石，但是沒有看到生命的跡象。
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<火星的新風貌> (The New Mars)
在海盜號科學家的眼裡，火星的地形景觀看起來很面熟。火星突出而多樣的岩石，再加上高低起伏的表面與地平面附近所看到的沙丘，這些都很像地球的景觀，而地球上也有紅土的區域。地球及火星就與月球非常不同，月球因為沒有大氣，使得土壤暴露在微隕石無情的轟擊之下，以及太陽紫外線的曝曬之下（見彩圖10及12）。檢視火星的土壤還揭露了其他與地球類似之處，此外我們也發現兩個登陸地點的土壤組成幾乎完全一模一樣。
表13.3列出海盜號兩個登陸地點組成土壤的化學元素；無機土壤分析儀無法分辨出由個別元素製造出來的各種化合物與礦物。火星的硫含量看起來似乎異常地高，但是除此之外，火星元素的比例和地球上一種蘊鐵量豐富的囊脫石黏土類似。較小顆粒的這種物質可能構成了圖13.10與圖13.11中的沙丘，同時也是造成火星天空顏色偏紅的原因。但是從表13.3得到的重要結論是，火星表面 ── 至少就兩個採樣的登陸點而言 ── 組成元素之間的比例和地球相似。
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表13.3 兩個海盜號登陸點的土壤元素組成
元素 佔全部土壤組成的百分比
第一個登陸點 第二個登陸點
矽
鐵
鎂
鈣
硫
鋁
氟
鈦
其他（可能多半是氧）
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火星大氣的情形也是如此。我們從地球上觀測發現火星大氣主要由二氧化碳所組成，後來為海盜號的質譜儀（該儀器依照質量不同，分離原子與分子，使科學家得以推論大氣的組成）所證實。百分之95的火星大氣由二氧化碳組成，氮分子另外佔了百分之2.7，氬佔了百分之1.6，氧分子約佔百分之0.1，水蒸氣以及一氧化碳則是火星「空氣」中更微量的成分。由二氧化碳所主宰的大氣馬上讓我們想到了金星。我們再一次面對大氣在沒有大量生物與液態水的情況下演化的行星。
對於金星而言，水分幾乎是完全不存在的，因為金星太接近太陽，以致所造成的高溫讓水分在行星剛形成不久就逃逸了。火星的問題似乎相反：火星當初的水分大部分仍留在行星上，但是多半冰藏在地層之下成為永久凍土，很像地球冬季北極土層下方的冰凍水。我們似乎有了典型的「金鳳花與三顆行星」 (Goldilocks and the three planets) 的故事：金星太熱，火星太冷，而地球剛剛好！
從測量火星大氣中各種氣體的含量，以及就我們對氣體如何從像火星這樣的行星逃逸的了解，我們能夠重新建構出這顆行星早期的大氣的組成與密度。就和金星的情形一樣，我們再次發現火星的氘含量比較高，但是這裡只有5倍，而不是100倍。火星表面最後僅存的水分大部分被陽光破壞，而氫氣則逃逸了。我們發現氮氣的重同位素含量也比較高，這表示原來存在火星上的氮氣也都逃逸了。把這些結果擺在一起，再加上其他的資料，例如惰性氣體（氖、氬、氪、??）的含量，我們斷定火星以前的大氣必定比現在濃厚得多。雖然二氧化碳現在佔了火星大氣的百分之95，但是在行星表面的二氧化碳多半鎖在極冠以及碳酸鹽岩石裡。我們可以計算如果少掉的二氧化碳現在都還存在大氣裡的話，那麼火星的大氣壓力就會和地球表面現在的數值差不多。
這個有趣的事實，讓我們得以解釋那些神秘條紋似乎是由流動的水所蝕刻出來的。在1000毫巴的壓力下，液態水可以輕易存在，這樣的大氣便能夠讓行星保持溫暖，而維持完整的「降雨─河流─水塘─降雨」的循環。事實上，一些多重分支的條紋看起來像是水滿後溢流的結果，甚至都足以做為曾經降雨的證據。還有一些海岸與隕石坑的邊緣看起來像是被溪流沖刷過，這些也都可能是古代積水的跡象（圖13.13）。但是被流水大規模改造過的表面，像是圖13.8所顯示的區域，看起來有如大量流動的水，以洪水的形式穿越火星平原所留下的痕跡。我們還不是很清楚是在什麼條件下，形成了這些不同的水流侵蝕跡象。有些條紋 ──尤其是比較大的那些條紋 ──可能是在稀薄的大氣下，流水被一層薄冰罩住所形成的。但要是火星上真的有降雨，要是緩慢流動的溪流真的存在，那麼火星就必須曾經有過厚重的大氣層。
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圖13.13 這幅海盜號拍攝的照片顯示出許多和隕石坑交錯的條紋。條紋中的水似乎沖刷了左方坑洞的邊牆。這些隕石坑的功能相當於早期地球上的池塘或是潮汐塘。
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大部分的水流活動似乎都發生在十幾億年前，我們尚須回答的主要問題就是，這段時期在火星持續了多久？大型條紋的底部存有隕石坑，表示火星最後的大規模洪水發生在30億到35億年以前。有些科學家認為，地質上新近的火山，其山坡上存有水流過的條紋，表示在那個時期並非{全部}的水流活動都停止了。不管如何，顯然這顆行星早期的條件能讓液態水存在，因此不能因為行星上面現在沒有水，就排除火星上曾有生命{發生}。所有我們認為生命必需的要件在火星上確實都存在。有名的極冠成分多半是乾冰，在固態的二氧化碳之下也存有不少的水冰。我們對這一點相當確定，因為夏季的陽光使得北半球極冠的溫度升高，造成乾冰全都昇華了，只留下由水冰構成的小規模極冠（圖13.14）。在水冰全部昇華耗盡之前，秋季的冰凍二氧化碳緊接著將其覆蓋，年復一年地保留了這些水冰。在地層之下也有大量的冰凍水，以永久凍土的方式存在。我們之所以能夠做這樣的推論，一方面是因為大氣中有水蒸氣，而它們一定有個來源，另一方面則來自某些表面看得到的特徵（圖13.15）。我們之前談到在火星兩個登陸點所採到的土壤，和地球上含鐵豐富的黏土相類似。不要忘記黏土可以做為形成複雜分子的模版（見第??頁），因此在地球生命的起源上可能扮演了非常關鍵的角色。
看起來所有生命起源所必需的材料與條件，在火星歷史的最初幾十億年中，可能都存在。接下來的問題就是這些材料與條件是否全部在適當的情況下，出現在適當的地方。多虧太空時代的進展，在第14章中我們將看到，我們不必光是猜測，而可以實際到火星上面去找答案。
在此同時，以地球的標準來說，火星當下的前景是很不看好的。想想看要煮個雞蛋所面臨的挑戰。勇敢登陸了了火星的探險隊員因為沒有燃料，絕對沒有辦法生火，而缺乏氧氣的大氣則無法燃燒任何東西。如果探險隊員帶了電爐，從極冠敲下冰塊試圖取水，這些冰只會昇華成為蒸氣。冰塊不會融化成水。只有壓力鍋才能做到像煮雞蛋這種簡單的事情，而即使是這樣，如果像地球上的壓力鍋一樣，只能使壓力加倍，那麼也只會產生5C的滾開水！要產生液態水，而且以60C的溫度使水保持液態，探險隊員所需要的壓力鍋必須將壓力增加到地球大氣壓的100倍。很顯然在火星探險不會是像郊遊一樣，但是如果我們想要在太陽的第四顆行星找到生命，相當程度的探險工作似乎是免不了的。
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圖13.14 在火星北半球的夏季，極冠的二氧化碳完全昇華成氣體，留下由水冰所構成的小極冠，它們要在比較高的溫度下才會昇華。
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<火星的兩顆衛星：伏伯司與地魔司> (Phobos and Deimos)
火星有兩顆小的衛星，分別以戰神戰車的兩匹馬來命名：伏伯司 (Phobos；火衛一）意為「恐懼」，以及地魔司 (Deimos；火衛二），表示「驚慌」。它們在1877年由霍爾 (Asaph Hall) 所發現，雖然刻卜勒、伏爾泰 (Voltaire)，以及史威佛特 (Jonathan Swift) 都曾懷疑過火星應該有兩顆衛星^1。與地球的衛星以及木星的四顆比較大的衛星不同的是，火星的兩顆衛星直徑不超過20公里，比體積較大的小行星還要小得多。這兩顆衛星非常的小，以致在它們表面造訪的遊客可以用點力氣就將石頭拋入太空。
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圖13.15 這個大規模的三角峽谷的總長約數十公里，可能來自下沈的火星表面，可能來自
表層之下的永凍土或是冰層融化的結果。這個下沈顯然引發了巨大的洪水，刻蝕出照片左方的條紋狀結構。
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p 320 腳注^1：在刻卜勒、伏爾泰，和史威佛特的時代，他們知道地球有一顆衛星，而木星有四顆，所以為了成幾何比例，他們想像火星有兩顆衛星。這個簡單的解釋並沒有阻止某些奇妙的猜測，而使得有些人認為刻卜勒、伏爾泰，以及史威佛特一定曾經與進步的文明接觸，是這些外星人告訴他們有關火星衛星的存在。
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海盜號的軌道船拍攝了一些有關火衛一及火衛二非常精彩的照片，平息了這兩顆小型衛星可能是外星文明製造出來的猜測。從圖13.16可以看出，這兩顆衛星的體積太小，它們的萬有引力無法像其他大型物體（例如地球與月球）般，將自己拉成近乎球形。火衛一與火衛二曾經被無數的隕星體撞擊，因此看起來很像小行星（參見圖11.9）。事實上這兩顆衛星可能{就是}被火星攫獲的小行星，而不是當火星形成時，在它們現在的軌道上聚集而成的物體。光譜觀測顯示火衛一和火衛二的成分與碳粒隕石非常類似（見第??頁）。
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圖13.16 火星的兩顆小衛星，火衛一 (Phobos;左圖) 及火衛二 (Deimos；右圖) 都顯現出受撞擊的結果。火衛一的撞擊顯然也產生了一系列在衛星表面上所看到的平行溝紋。火衛二的這張照片由正面順光的角度拍攝，因此沒有陰影以加強對比。
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因此未來對這兩個天體的研究，可能會發現有如在默奇森隕石上找到的有機化合物。探討這兩顆衛星和小行星與彗星核之間的關係，一定會是非常有意思的問題。1989年拜訪火星的蘇俄「伏伯司號」任務得到了初步的證據，顯示可能有水蒸氣正從伏伯司衛星（火衛一）上面逃逸出來，這可能是其內部深處的冰體昇華的結果。但是想要找到生命本身，我們的希望還是在火星上。海盜號的生物實驗是我們到目前為止，在尋找外星生命方面，做得最直接的工作，而這些成就需要單獨的一章來加以闡述。
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<結語>
火星的直徑只有地球的一半，質量只有地球的十分之一，但是在自轉週期、在外觀的季節變化，以及在擁有的大氣方面，火星卻與地球類似。然而，因為火星距離太陽比較遠，還有更重要的一點，它的大氣壓力不到地球的百分之一，這些加在一起使得火星表面無法存在液態水。大量的水不是冰凍在地層之下成為永凍土，就是存在火星的極冠（主要是冰凍的二氧化碳）；火星主要由二氧化碳所組成的大氣裡則有少量的水蒸氣。
火星表面微弱的大氣壓力使得火星除非在極其特別的條件下，不可能有液態水存在。在地球上，二氧化碳直接從乾冰成為氣體，在火星上的水分也是一樣，不是固態就是氣態。然而，水手號及海盜號任務所拍攝到的火星照片，顯示在遙遠的過去火星曾經有液態水。這些證據包括了蜿蜒而分支錯綜、必定是被水流刻蝕所造成的條紋。
火星的表面有密集撞擊的區域，證明在大量隕石坑形成後的40億年間，沒有發生侵蝕與風化作用。巨大的火星火山群，有些高度是地球最高山脈的3倍，是火星地質活動的跡象，這種活動可能一直延伸到現在都還存在。
一度被天文學家大力宣傳的火星「運河」，顯然根本不存在，而完全是各式有趣的視覺錯覺。在火星表面大規模的季節顏色變化，顯然來自風吹的塵土，而絕對不是源於植物的成長或枯萎。火星的兩顆衛星，火衛一及火衛二，體積小到無法維持規則的形狀。它們斑痕累累的表面展示了早期的轟擊歷史。這兩顆衛星在外觀上，甚至在成分上，可能類似小型的碳質小行星，因此可能含有與生物相關的有機化合物。
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問題
1. 在太空船拜訪火星之前，有哪些觀測造成人們相信火星表面可能有植物，甚至有智慧生物的存在？
2. 火星上的「運河」為何物？
3. 火星的表面為何不可能有液態水的存在呢？
4. 在地球上，我們每上升6公里的高度，大氣壓就減弱2倍。我們大約要上升多高，大氣壓才會降到和火星表面一樣，也就是只有地球海平面壓力的1/150？
5. 為何火星的大氣層無法遮罩住行星的表面以阻擋來自太陽的紫外輻射？這對火星生命存在的可能性有何影響？
6. 有哪些證據顯示火星表面曾經有液態水？如果真的有，有哪些條件需要改變才能讓液態水存在呢？有哪些其他的證據支持火星可能曾經發生過這一類的大規模氣候變遷？
7. 試討論在選定探測火星的海盜號的登陸地點時，科學家所面臨的困難？
8. 火星極冠的組成為何？
9. 為什麼科學家認為早期存在於火星大氣裡的二氧化碳，多半到現在還找得到？
10. 你會用什麼技巧在火星上烹煮雞蛋？
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<進階參考資料>