阿塔卡马沙漠：地球上的“火星”

火星在古人眼中是一颗非常神秘的星球，我国古代称其为“荧惑”，认为天象“荧惑守心”预示着不祥的发生。西方国家将火星的红色视为鲜血的象征，故以希腊神话中的战神玛尔斯（Mars）为其命名。

现在，这颗地球的“兄弟”行星成为人们心驰神往的地方，火星是否可能存在（过）生命是全人类都关注的重大问题。随着现代科学技术的发展，从20世纪60年代开始，人类陆续实施了51次火星探测任务，直至2021年的中国“天问一号”和美国“毅力号”。这些探测任务无疑是开展火星宜居环境演化和生命探测研究最直接的手段。

此外，地球上存在许多可以类比火星过去或现在的环境、地质、矿物等条件的区域，称为类火星地区。南美洲智利北部的“干极”阿塔卡马沙漠因为具有极度干旱、高辐射、高盐度等环境特征，被认为是地球上非常典型的一处类火星环境[1]。2004年的英国科幻纪录片《星际漫游》中的火星场景就是在此处拍摄。

图1 火星与南美洲的阿塔卡马沙漠（图中与火星重合部分）[2]

阿塔卡马沙漠纵贯南美洲西部，其干旱区位于南纬20度到30度约1000公里的广阔空间之中。尽管阿塔卡马沙漠与太平洋相邻，但由于被西部高海拔海岸山脉和东部安第斯山脉所隔挡，形成了一种“三明治”结构，导致东、西部来源的湿气无法进入中心地区。同时，智利西海岸由于太平洋反气旋和秘鲁寒流产生的逆温现象[3]而导致降雨稀少。上述过程持续了几千万年甚至上亿年，使得该地区的干旱度逐渐积累形成了现在的沙漠区域[4,5]。阿塔卡马沙漠不仅可以类比现代火星的表面环境，而且其从湿润到干旱的地质演化过程也可以类比火星约30亿年前从湿润的西方纪过渡到干燥的亚马逊纪的过程。

图2 阿塔卡马沙漠中的月亮谷[6]

阿塔卡马沙漠年降雨量低于20毫米，海拔跨度从几百米上升到约5000米，尽管其不如绝大多数沙漠那么炎热，但昼夜温度变化可从22°C降至-2°C。由于云雾难以跨越绵延的山脉，湿气聚集在海拔较高的山体部位，使该区域出现海拔越高湿度越高的独特现象，这种南美洲特有的湿润雾气被称为“浓湿雾”。

图3 高海拔地区的浓湿雾[7]

阿塔卡马沙漠位于海岸山脉和安第斯山脉的中间凹陷地区，几乎没有云层的遮掩，因此接收到的紫外线剂量很高，其中可以造成人皮肤晒伤的紫外B波段是比非洲北部沙漠的要高1.4倍[8]。强紫外辐射诱导大气中的臭氧和氮气或氯化物反应，产生强氧化性的硝酸盐或高氯酸盐，这些盐类随着大气沉降在阿塔卡马沙漠的地表并逐渐积累，加之沙漠中降雨稀缺，所以大量的硝酸盐和高氯酸盐可以富集在阿塔卡马沙漠的地表[9]。

图4 阿塔卡马沙漠中的平坦地区[10]

阿塔卡马沙漠北部的核心干旱区是一望无际的淡黄色沙土，是绝大多数生命的梦魇。沙漠南部稍湿润的地区在春季偶尔发生的少量降雨之后可以出现沙漠开花的现象，堪称绝景，该地区常见的植物包括盐草、百里香和紧密小鹰芹等。有科学家推测，早期火星从湿润环境过渡到极度干旱的现代环境过程中，这种现象可能也曾出现。

图5 阿塔卡马沙漠南部开花现象的绝景[11]

广袤的阿塔卡马沙漠空气干燥、清澈少云、远离城市，几乎没有光污染和无线电干扰，是绝佳的天文观测地区。美国、加拿大、德国、英国、法国、日本等都在此处的高海拔地区建造了天文台和望远镜，如著名的阿塔卡马大型毫米-亚毫米波射电天文望远镜阵列（ALMA）[12]。夜晚的阿塔卡马繁星满天，成千上万的星星清晰可见，甚是浪漫。

图6 智利ALMA望远镜观测银河系[13]

阿塔卡马沙漠是许多火星探测任务的载荷和设备测试地区，美国NASA的“海盗号”和“凤凰号”等试验也在阿塔卡马沙漠进行了地面重复研究，该区域还是NASA“地球-火星洞穴探测计划”的一个重要选址。

阿塔卡马沙漠作为地球上一个非常典型的类火星环境提升了人类对火星的认知。

参考文献

1.Navarro-Gonzalez, R.; Rainey, F.A.; Molina, P.; Bagaley, D.R.; Hollen, B.J.; de la Rosa, J.; Small, A.M.; Quinn, R.C.; Grunthaner, F.J.; Caceres, L.; et al. Mars-like soils in the Atacama Desert, Chile, and the dry limit of microbial life. Science 2003, 302, 1018-1021, doi:10.1126/science.1089143.

2.Adam, B. Warning! Mars is close to Earth! Available online: https://voonze.com/warning-mars-is-close-to-earth/. 2020 (accessed on 4/12/2022).

3.McKay, C.P.; Friedmann, E.I.; Gomez-Silva, B.; Caceres-Villanueva, L.; Andersen, D.T.; Landheim, R. Temperature and moisture conditions for life in the extreme arid region of the Atacama Desert: Four years of observations including the El Nino of 1997-1998. Astrobiology 2003, 3, 393-406, doi:10.1089/153110703769016460.

4.Hartley, A.J.; Chong, G.; Houston, J.; Mather, A.E. 150 million years of climatic stability: evidence from the Atacama Desert, northern Chile. J Geol Soc London 2005, 162, 421-424, doi:10.1144/0016-764904-071.

5.Sun, T.; Bao, H.M.; Reich, M.; Hemming, S.R. More than ten million years of hyper-aridity recorded in the Atacama Gravels. Geochim Cosmochim Ac 2018, 227, 123-132, doi:10.1016/j.gca.2018.02.021.

6.Zootalures. Valle de la luna san pedro chile. Available online: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Valle_de_la_luna_san_pedro_chile.jpg. 2004 (accessed on 4/12/2022).

7.García, R. Las reservas de agua del desierto de Atacama están llegando a su límite. Available online: http://www.cda.uc.cl/en/las-reservas-de-agua-del-desierto-de-atacama-estan-llegando-a-su-limite/. 2016 (accessed on 4/12/2022).

8.Cordero, R.R.; Damiani, A.; Jorquera, J.; Sepulveda, E.; Caballero, M.; Fernandez, S.; Feron, S.; Llanillo, P.J.; Carrasco, J.; Laroze, D.; et al. Ultraviolet radiation in the Atacama Desert. Antonie Van Leeuwenhoek 2018, 111, 1301-1313, doi:10.1007/s10482-018-1075-z.

9.Jackson, W.A.; Bohlke, J.K.; Andraski, B.J.; Fahlquist, L.; Bexfield, L.; Eckardt, F.D.; Gates, J.B.; Davila, A.F.; McKay, C.P.; Rao, B.; et al. Global patterns and environmental controls of perchlorate and nitrate co-occurrence in arid and semi-arid environments. Geochim Cosmochim Ac 2015, 164, 502-522, doi:10.1016/j.gca.2015.05.016.

10.Leman, J. What's So Special About the Atacama Desert? Available online: https://www.livescience.com/64752-atacama-desert.html. 2019 (accessed on 4/12/2022).

11.Mardones, J.A. Desierto florido 2010. Available online: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Desierto_florido_2010.jpg. 2010 (accessed on 4/12/2022).

12.Brown, R.L.; Wild, W.; Cunningham, C. ALMA - the Atacama large millimeter array. Astronomy at Ir/Submm and the Microwave Backgound 2004, 34, 555-559, doi:10.1016/j.asr.2003.03.028.

13.Panons, C. Starry Night Landscape Chile Atacama Desert Alma Observatory Galaxy Technology Space Wallpaper. Available online: https://www.walldevil.co/starry-night-landscape-chile-atacama-desert-alma-observatory-galaxy-technology-space-53375/. 2019 (accessed on 4/12/2022).

撰稿人 | 申建勋，林巍

美编 | 王皖豫

校对 | 张腾飞 姜雪蛟