圖①② NASA提供的火星拍攝圖，看上去像液態(tài)金屬流過(guò)。 (資料圖片)
圖③ 劉靜實(shí)驗(yàn)室的液態(tài)金屬腐蝕照片。 (資料圖片)
組圖④ 美國(guó)火星探測(cè)器鳳凰號(hào)降落火星時(shí)，機(jī)器腿部出現(xiàn)的“水狀液滴”。 (資料圖片)
10月30日推出科普?qǐng)?bào)道《火星液態(tài)水的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明了啥?》后，記者收到清華大學(xué)教授、中科院理化所雙聘研究員劉靜的郵件，他指出，火星上頻繁觀察到的流體狀物質(zhì)很有可能并非水，而是液態(tài)金屬。這個(gè)有趣的說(shuō)法引起了記者的關(guān)注，于是對(duì)劉靜教授進(jìn)行了采訪。
“從此次美國(guó)國(guó)家航空航天局NASA公布的流動(dòng)物質(zhì)照片的光澤、形態(tài)、反射率來(lái)看，它們更接近液態(tài)金屬�！眲㈧o認(rèn)為，火星上長(zhǎng)期存在的從2米綿延至數(shù)百米甚至更大范圍的沖刷性河谷，很可能由液態(tài)金屬所致。液態(tài)金屬表面張力很高，即使量很小，也易于在火星表面流動(dòng)，更易沖刷出河谷。水則張力低很多，量少時(shí)易于沉降入地表下，加之火星過(guò)于干燥，這種少量的水并不易存在于火星表面或保留下來(lái)。
實(shí)際上，劉靜對(duì)火星流動(dòng)物質(zhì)乃至地外生命現(xiàn)象的關(guān)注并非一時(shí)興起。幾年前，他在一次翻閱人類探索和尋找火星水的報(bào)道時(shí)，因長(zhǎng)期研究室溫液態(tài)金屬的習(xí)慣使然，偶然聯(lián)想到這些流動(dòng)物質(zhì)或許更有可能是金屬流體。為此，他與同事于2013年10月在物理學(xué)預(yù)印本網(wǎng)站公布了一篇文章《液態(tài)金屬可能是解釋火星上頻繁觀察到的流體狀物質(zhì)的一條線索》，對(duì)系列現(xiàn)象進(jìn)行了解釋，提出了一些假說(shuō)，相應(yīng)觀點(diǎn)當(dāng)時(shí)立即被知名網(wǎng)站Medium進(jìn)行了報(bào)道。
最近，隨著NASA發(fā)現(xiàn)火星液態(tài)水的報(bào)道不斷升級(jí)，人們一度歡呼那里存在生命，甚至演化出存在各種動(dòng)物的說(shuō)法。劉靜認(rèn)為，火星液態(tài)水若經(jīng)證實(shí)，的確對(duì)人類意義重大，但人們?cè)跐M懷熱情的同時(shí)，更需深入探究。經(jīng)過(guò)研讀最新資料后，他覺(jué)得火星存在液態(tài)水的證據(jù)不很充分，結(jié)論仍存疑慮。
火星大氣稀薄干燥，保溫性能差，晝夜溫差大，溫差在100℃左右。赤道附近，白天溫度可達(dá)20℃，夜間則會(huì)驟降到-80℃左右�；鹦莾蓸O的溫度更低，最低可達(dá)-139℃�！盎鹦潜砻娈惓８稍�，且處于近真空狀態(tài)，水類物質(zhì)極易蒸發(fā)殆盡，長(zhǎng)期存在火星表面困難極大。如果是液態(tài)水，以火星的溫度區(qū)間，要么凍結(jié)升華，要么直接蒸發(fā)，很快就會(huì)沒(méi)了。但火星每年都有流體物質(zhì)經(jīng)過(guò)的痕跡，且呈季節(jié)性出現(xiàn)，這其實(shí)并未得到合理解釋，從物態(tài)角度看，造成這些現(xiàn)象的原因更有可能是低熔點(diǎn)液態(tài)金屬�！眲㈧o解釋說(shuō)，即使是水合物，在液態(tài)下也很容易蒸發(fā)。而不少液態(tài)金屬在火星的溫度區(qū)間內(nèi)不易蒸發(fā)，只會(huì)隨著溫度的變化發(fā)生液相固相之間的轉(zhuǎn)換，形成周期性的流動(dòng)。
之前，美國(guó)的火星探測(cè)器已對(duì)火星進(jìn)行過(guò)物質(zhì)采樣分析，表明的確存在鈉、鉀、鎂、鈣、鐵、硫、鋁、硅、鎵等多種元素，這些元素可以組成多種液態(tài)金屬，例如鈉鉀銫合金，熔點(diǎn)低至-78.2℃。同時(shí)，這些液態(tài)金屬的沸點(diǎn)又很高，最高可達(dá)700℃。這樣的液態(tài)金屬可以在火星溫度區(qū)間中以液態(tài)長(zhǎng)期存在。此外，從已有的探測(cè)結(jié)果看，火星上的氧極為稀薄，鈉、鉀、鎵銦等低熔點(diǎn)金屬可以保持不被顯著氧化而處于流動(dòng)性很好的液態(tài)。
“常見(jiàn)的液態(tài)金屬元素，在火星的元素分析里都有。當(dāng)然，液態(tài)金屬雖可解釋一系列現(xiàn)象，但這無(wú)需否定水的存在�！眲㈧o表示，自己并非天文工作者，只是出于某些疑惑，提出些觀點(diǎn)供業(yè)界參考;火星探測(cè)耗費(fèi)巨大，若能在探測(cè)目標(biāo)上更接近真實(shí)一些，無(wú)疑會(huì)加速科學(xué)研究進(jìn)程。他更傾向于火星上只有少量水，而大量的沖刷性河谷則主要由液態(tài)金屬形成。
無(wú)獨(dú)有偶，數(shù)年前美國(guó)火星探測(cè)器鳳凰號(hào)降落火星時(shí)，NASA曾觀察到其機(jī)器腿部出現(xiàn)不斷長(zhǎng)大和混合的“水狀液滴”，人們一度驚呼那就是“生命”。劉靜則在他們公布的文章里將此現(xiàn)象歸結(jié)為由液態(tài)金屬腐蝕行為所致�！澳承┮簯B(tài)金屬會(huì)導(dǎo)致鋁質(zhì)等金屬腐蝕，而鳳凰號(hào)機(jī)腿由鈦鋁合金制成。那張照片上的情景與我們實(shí)驗(yàn)室看到的金屬腐蝕照片很像。當(dāng)時(shí)探測(cè)器可能就降落在一攤液態(tài)金屬上。”
如果火星上真的有大量液態(tài)金屬，那對(duì)人類有什么好處呢?劉靜設(shè)想了如下幾種用途：
利用火星上已證實(shí)存在的鈉和鉀，人類探測(cè)器攜帶的水一部分可用于就地制造氫能源，一部分通過(guò)電解水產(chǎn)生氧，供人類存活需要;氫和氧結(jié)合后又能生成水和熱量。若物質(zhì)利用和流程設(shè)計(jì)完善，此過(guò)程可不斷循環(huán)，這樣人類到達(dá)火星后，生命保障或許能增加一條簡(jiǎn)單快捷和低成本的途徑。
火星上已證實(shí)存在鋁，若再證實(shí)還有豐富的鎵、銦、錫等金屬，同樣可借助自驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬機(jī)器原理實(shí)現(xiàn)氫源供應(yīng)，繼而電解水制氧;與此同時(shí)，還可用于制造液態(tài)金屬機(jī)器，為人類在火星的生產(chǎn)生活提供機(jī)器幫手。(在今年4月15日的《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》“新知”版中，我們?cè)鴮?duì)劉靜研究組的液態(tài)金屬機(jī)器進(jìn)行過(guò)詳細(xì)報(bào)道。)
從這種意義上講，火星或許會(huì)成為未來(lái)人類的一個(gè)特殊的金屬材料和電子工業(yè)生產(chǎn)基地。液態(tài)金屬可用于發(fā)展火星未來(lái)的工業(yè)和電子制造業(yè)，產(chǎn)品則向地球輸送。
液態(tài)金屬的元素可以提供能源，為人類從火星返回地球，或是以火星為中繼站向太空作進(jìn)一步探索提供新型火箭燃料。
……
“其實(shí)火星探測(cè)，最理想的結(jié)果莫過(guò)于，水、液態(tài)金屬和生物，全都有!”劉靜表示，希望人類對(duì)火星的探測(cè)繼續(xù)深入下去，也希望自己的推測(cè)能給火星探測(cè)提供某種新的目標(biāo)和思路啟示。(經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 佘惠敏)
