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外太空可能存在液态金属

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:也就是说,火星上长期存在的从两米绵延至数百米甚至更大范围的冲刷性河谷,可能由液态金属所致。同时这些液态金属的沸点又很高,最高可达700℃。这样的液态金属可以在火星温度区间以液态长期存在。文献[14]将此现象归结为由液态金属腐蚀行为所致。或许,当时探测器就降落在一滩液态金属上。液态金属可用于发展火星未来的工业和电子制造业,产品则向地球输送。

外太空可能存在液态金属

《经济日报》曾推出一篇题为“火星液态水的发现说明了啥?”的科普报道。之后,笔者曾去信指出,火星上频繁观察到的流体状物质很有可能并非水,而是液态金属。相应观点和分析以另一篇采访文章刊登在同一报纸上,题目为“火星上流动的物质也可能是金属”[13]。分析指出,从NASA公布的流动物质照片的光泽、形态、反射率看,它们或许更接近液态金属一些。也就是说,火星上长期存在的从两米绵延至数百米甚至更大范围的冲刷性河谷(图2.19),可能由液态金属所致。液态金属表面张力很高,即使量很小,也易于在火星表面流动,更易冲刷出河谷。水的张力则低很多,量少时易于沉降入地表下,加之火星过于干燥,这种少量的水蒸发迅速,并不易存在于火星表面或保留下来。

图2.19 火星上Coprates Chasma地区观测到的季节性坡纹、冲击扇及其CRISM光

a、b.NASA公布的流动物质照片;c.流动物质的相对反射率。(图a、b类同于液态金属;图片来源于美国NASA网站)

实际上,笔者对火星流动物质乃至地外生命现象的关注并非一时兴起。几年前,在一次翻阅人类探索和寻找火星水的报道时,由于长期研究常温液态金属的习惯使然,偶然联想到这些流动物质或许更有可能是金属流体,并为此与同事于2013年10月在预印本网站arXiv上公布了一篇文章,题名为“液态金属可能是解释火星上频繁观察到的流体状物质的一条线索”[14],对系列现象进行了尝试性解释,提出了一些假说,相应观点立即被知名网站Medium报道。

近年来,随着NASA发现火星液态水的报道不断升级,人们一度欢呼那里存在生命,甚至演化出存在各种动物的说法。笔者认为,火星液态水若经证实,的确对人类意义重大,但人们在满怀热情的同时,更需深入探究。但是,仔细研读并分析最新资料,可以看出火星存在液态水的证据还不很充分,结论仍存疑。

火星大气稀薄干燥,保温性能差,昼夜温差大,温差在100℃左右。赤道附近,白天温度可达20℃,夜间则会骤降到-80℃左右。火星两极的温度更低,最低可达-139℃。

火星表面异常干燥,且处于近真空状态,水类物质极易蒸发殆尽,长期存在于火星表面困难极大[14]。如果是液态水,以火星的温度区间,要么冻结,要么直接蒸发,很快就会没了。但火星每年都有流体物质经过的痕迹,且呈季节性出现,这其实并未得到良好解释,从物态角度看造成这些现象的原因更有可能是低熔点液态金属。即使是水合物,在液态下也很容易蒸发。而不少液态金属在火星的温度区间内不易蒸发,只会随着温度的变化发生液相固相之间的转换,形成周期性的流动。

之前,美国的火星探测器已对火星进行过物质采样分析,表明的确存在钠、钾、镁、钙、铁、硫、铝、硅、镓等多种元素[14],这些元素可以组成多种液态金属,例如钠钾铯合金,熔点低至-78.2℃。同时这些液态金属的沸点又很高,最高可达700℃。这样的液态金属可以在火星温度区间以液态长期存在。同时,从已有的探测结果看,火星上的氧极为稀薄,钠、钾、镓铟等低熔点金属可以保持不被显著氧化而处于流动性很好的液态。

常见的液态金属元素,在火星的元素分析里都有。当然,液态金属虽可解释一系列现象,但这无需否定水的存在。火星探测耗费巨大,若能在探测目标上更接近真实一些,无疑会加速科学研究进程。笔者更倾向于火星上只有少量水,而大量的冲刷性河谷(图2.20)则可能部分由液态金属引起。

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图2.20 火星表面的冲刷性河谷

(图片来源:NASA/JPL/Malin Space Science Systems)

无独有偶,数年前美国火星探测器“凤凰号”降落火星时,NASA曾观察到其机器腿部出现不断长大和混合的“水状液滴”(图2.21),人们一度惊呼那就是“生命”。文献[14]将此现象归结为由液态金属腐蚀行为所致。某些液态金属会导致铝等金属腐蚀,而凤凰号机腿由钛铝合金制成。那张照片上的情景与实验室看到的金属腐蚀照片接近。或许,当时探测器就降落在一滩液态金属上。

如果火星上真的有大量液态金属,那对人类有什么好处呢?可设想如下几种用途:

图2.21 火星探测器“凤凰号”机器腿部出现不断长大和混合的“水状液滴”

(图片来源:NASA)

利用火星上已证实存在的钠和钾,人类探测器携带的水部分可用于就地制造氢能源,部分通过电解产生氧,满足人类存活需要;氢和氧结合后又能生成水和热量。若物质利用和流程设计完善,此过程可在一定程度上实现循环,这样人类到达火星后,或许能增加一条简单快捷和低成本的生命保障途径。

火星上已证实存在铝,若再证实还有丰富的镓、铟、锡等金属,则同样可借助自驱动液态金属机器原理实现氢源供应,继而电解水制氧;与此同时,还可用于制造液态金属机器,为人类在火星的生产、生活提供机器帮手。

从这种意义上讲,火星或许会成为未来人类的一个特殊的金属材料电子工业生产基地。液态金属可用于发展火星未来的工业和电子制造业,产品则向地球输送。

液态金属的元素可以提供能源,为人类从火星返回地球,或是以火星为中继站向太空做进一步探索提供新型火箭燃料

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