清華大學教授劉靜：火星上流動的物質也可能是金屬

更新：2023-09-13 17:19:14 高考升學網(wǎng)

圖①②NASA提供的火星拍攝圖，看上去像液態(tài)金屬流過。(資料圖片)

　　圖③劉靜實驗室的液態(tài)金屬腐蝕照片。(資料圖片)

　　組圖④美國火星探測器鳳凰號降落火星時，機器腿部出現(xiàn)的“水狀液滴”。(資料圖片)

　　10月30日推出科普報道《火星液態(tài)水的發(fā)現(xiàn)說明了啥?》后，記者收到清華大學教授、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很有可能并非水，而是液態(tài)金屬。這個有趣的說法引起了記者的關注，于是對劉靜教授進行了采訪。

　　“從此次美國國家航空航天局NASA公布的流動物質照片的光澤、形態(tài)、反射率來看，它們更接近液態(tài)金屬�！眲㈧o認為，火星上長期存在的從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，更易沖刷出河谷。水則張力低很多，量少時易于沉降入地表下，加之火星過于干燥，這種少量的水并不易存在于火星表面或保留下來。

　　實際上，劉靜對火星流動物質乃至地外生命現(xiàn)象的關注并非一時興起。幾年前，他在一次翻閱人類探索和尋找火星水的報道時，因長期研究室溫液態(tài)金屬的習慣使然，偶然聯(lián)想到這些流動物質或許更有可能是金屬流體。為此，他與同事于2013年10月在物理學預印本網(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的一條線索》，對系列現(xiàn)象進行了解釋，提出了一些假說，相應觀點當時立即被知名網(wǎng)站Medium進行了報道。

　　最近，隨著NASA發(fā)現(xiàn)火星液態(tài)水的報道不斷升級，人們一度歡呼那里存在生命，甚至演化出存在各種動物的說法。劉靜認為，火星液態(tài)水若經(jīng)證實，的確對人類意義重大，但人們在滿懷熱情的同時，更需深入探究。經(jīng)過研讀最新資料后，他覺得火星存在液態(tài)水的證據(jù)不很充分，結論仍存疑慮。

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20℃，夜間則會驟降到-80℃左右。火星兩極的溫度更低，最低可達-139℃�！盎鹦潜砻娈惓８稍铮姨幱诮婵諣顟B(tài)，水類物質極易蒸發(fā)殆盡，長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，要么凍結升華，要么直接蒸發(fā)，很快就會沒了。但火星每年都有流體物質經(jīng)過的痕跡，且呈季節(jié)性出現(xiàn)，這其實并未得到合理解釋，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液態(tài)金屬�！眲㈧o解釋說，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)間內不易蒸發(fā)，只會隨著溫度的變化發(fā)生液相固相之間的轉換，形成周期性的流動。

　　之前，美國的火星探測器已對火星進行過物質采樣分析，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，熔點低至-78.2℃。同時，這些液態(tài)金屬的沸點又很高，最高可達700℃。這樣的液態(tài)金屬可以在火星溫度區(qū)間中以液態(tài)長期存在。此外，從已有的探測結果看，火星上的氧極為稀薄，鈉、鉀、鎵銦等低熔點金屬可以保持不被顯著氧化而處于流動性很好的液態(tài)。

　　“常見的液態(tài)金屬元素，在火星的元素分析里都有。當然，液態(tài)金屬雖可解釋一系列現(xiàn)象，但這無需否定水的存在。”劉靜表示，自己并非天文工作者，只是出于某些疑惑，提出些觀點供業(yè)界參考;火星探測耗費巨大，若能在探測目標上更接近真實一些，無疑會加速科學研究進程。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。

　　無獨有偶，數(shù)年前美國火星探測器鳳凰號降落火星時，NASA曾觀察到其機器腿部出現(xiàn)不斷長大和混合的“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)象歸結為由液態(tài)金屬腐蝕行為所致�！澳承┮簯B(tài)金屬會導致鋁質等金屬腐蝕，而鳳凰號機腿由鈦鋁合金制成。那張照片上的情景與我們實驗室看到的金屬腐蝕照片很像。當時探測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，那對人類有什么好處呢?劉靜設想了如下幾種用途：

　　利用火星上已證實存在的鈉和鉀，人類探測器攜帶的水一部分可用于就地制造氫能源，一部分通過電解水產生氧，供人類存活需要;氫和氧結合后又能生成水和熱量。若物質利用和流程設計完善，此過程可不斷循環(huán)，這樣人類到達火星后，生命保障或許能增加一條簡單快捷和低成本的途徑。

　　火星上已證實存在鋁，若再證實還有豐富的鎵、銦、錫等金屬，同樣可借助自驅動液態(tài)金屬機器原理實現(xiàn)氫源供應，繼而電解水制氧;與此同時，還可用于制造液態(tài)金屬機器，為人類在火星的生產生活提供機器幫手。(在今年4月15日的《經(jīng)濟日報》“新知”版中，我們曾對劉靜研究組的液態(tài)金屬機器進行過詳細報道。)

　　從這種意義上講，火星或許會成為未來人類的一個特殊的金屬材料和電子工業(yè)生產基地。液態(tài)金屬可用于發(fā)展火星未來的工業(yè)和電子制造業(yè)，產品則向地球輸送。

　　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一步探索提供新型火箭燃料。

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　　“其實火星探測，最理想的結果莫過于，水、液態(tài)金屬和生物，全都有!”劉靜表示，希望人類對火星的探測繼續(xù)深入下去，也希望自己的推測能給火星探測提供某種新的目標和思路啟示。(經(jīng)濟日報記者佘惠敏)