天差地别的气候变化

气候变化的一个基本因素就是大气所吸收的能量多少的变化。对火星大气来说，主要吸收的是阳光的能量。研究者需要寻找两个要素的其中之一：阳光照射总量的变化；或者阳光在火星表面分布的变化。为什么要看分布呢？

因为要引起行星范围内的极端气候变化，阳光的热能必须增加到融化某些东西的程度，例如融化固态二氧化碳或者水凝结成的冰。“水手”6号、7号和9号先后证实了“水手4号”的考察结果：目前火星的两个极冠是由固态二氧化碳——干冰组成的。“水手号”项目小组的某些成员怀疑，在“每年”形成的极冠——就像地球上每年都有盈亏变化的极冠——下方深处，隐藏着更多的固态二氧化碳。

他们认为，如果能给火星的极冠少量地“加热”，一部分“蛰伏的空气”就会逸出，充实火星的大气层。

数学研究的重点是分析火星的轨道变化。科学家正在寻找一种方法，用以通过定期增加火星极冠地区的太阳照射量，来释放地层中多余的二氧化碳。首先，有两大因素的综合作用似乎可以增加火星极冠的太阳照射量，释放一定的隐藏二氧化碳：1）缓慢但可预测的极轴运动（太阳引力对火星赤道的轻微“拉扯”）；2）同样可预测的火星绕日轨道运动。

1966年，科学家初次提出上述理论，他们认为该机制可以每5万年增加或减少火星1%的太阳照射量。理论的提出者罗伯特·立顿博士与布鲁斯·莫雷博士认为，虽然该机制能够影响每年的火星沙暴——即“筹码”地貌中呈“条带状”的浅色物质与深色物质的始作俑者，但对气候的整体只能造成极其细微的影响，而且，连十几层的面积较大的“筹码”地貌都改变不了。由于圆盘状的“筹码”会反过来侵蚀自己的边缘，因此看上去像一堆“立不稳的筹码”，它们的存在说明，火星曾经处于长期的气候变化之中。

追求想要的结果时，科学家常常遭遇未曾料到的问题，这次的问题出在火星气候模型的构建过程中。

在考察阶段，莫雷与两个同事沃德和杨发现“过去我们没有意识到，长期的日射量周期变化可以调节冻土层中二氧化碳的含量，这也可能影响整个火星范围的沙暴的形成”。

莫雷、沃德和杨认为，日射量变化的原因是火星轨道的异常变化。

几十年前的一篇关于天体机制的论文也提到过他们的结论，论文的作者是两位天文学家——布劳威尔和冯·伍尔科姆，他们的研究主题是火星椭圆形轨道（受到地球与木星引力场的影响）的细微变化。莫雷、沃德和杨发现用这个理论也可以解释火星的气候变化。

他们发现，奇形怪状的火星轨道（从正圆变为椭圆）会在两个叠加的时期内发生变化：一个是“短期”，每隔95,000年变化一次；另一个是“长期”，每隔大约200万年变化一次。未来的火星轨道可能会变得比现在还要椭圆。

无需具备太多科学知识，就能想象出一颗行星与太阳的距离发生改变后会有什么后果。首先，离太阳越近，行星表面越暖和，离太阳越远，气温越低。如果变化的时间超过一整年，对季节的影响也就可想而知：当行星位于近日点时，处于“夏季”那个半球（包括极地）将会出现异常的炎热气候，而“冬半球”则会进入暖冬。当行星转过半个轨道之后，情况会倒转：由于行星位于远日点，一个半球会进入异常寒冷的“冬季”，另一个处于“夏季”的半球则日射量减少，因为行星与太阳的距离在不断增加。

莫雷、沃德和杨发现，因为火星与太阳距离变化程度不一，对火星的整体气温影响也不一样，这会引起长期气候状况与极冠中固态二氧化碳的潜在变化。或者用他们自己的话来说，就是“这种日射量变化模式与长期和短期的波动非常相似，而且已经被分层地貌记录了下来”。

而且，如此惊人的发现内部也隐藏着另外的惊喜。

其中一位发现者沃德在论文注释中说：“（在布劳威尔和冯·伍尔科姆的计算结果中）发现，火星的轨道倾角变化范围是0度到6.5度……这一变化对其斜度的影响不会立即表现出来。”

论述的重点在于：由行星轨道的异常变化与一直存在的转轴运动（抖动）之间的某种“动态耦合”造成的行星自转轴与其轨道的倾角变化，会从本质上改变关键的极地区域的日射量。如果目前地球的自转轴倾角——与垂直方向的夹角约23.5度——改变了，地球极冠会有融化的趋势，更多的水蒸发到大气中，提高暴雨的发生频率与强度，最后，洋面高度提升，淹没诸如巴黎、伦敦与纽约这样的大都市。

根据相同的天体机制运算，随着时间的推移，地球自转轴与轨道的倾角只会改变几度，但是对火星来说，沃德认为：“倾角改变效应在本报告中起到决定作用。”

原因跟水有关。

“水手9号”任务之前的激烈辩论的焦点之一，是火星上现存的水量以及位置。“水手”4号、6号与7号已经确认了历次火星探索计划展开之前便被提出的一个理论：目前的火星极地冰盖实际上与地球的极冠不同，它们是由冻结的二氧化碳组成的。“水手”6号与7号测得火星南极极冠温度相当低，满足“干冰理论”的要求。由于这几架航天器也探测到火星大气中有水蒸气的痕迹（也得到地面观察站的证实），一个顺理成章的问题自然出现：火星上过去那些少量的水现在“藏”在哪里？

“水手9号”任务中，科学家通过一次情况异常的观测得出了问题的备选答案。

“水手号”是在“夏季”抵达火星南半球的，极地冰盖正好处于缩小状态，科学家急于绘制干冰所在区域的每日变化图，以便计算融冰量（确切地说，这里的“融化”指的是干冰的升华，从固态直接变为气态的过程），然后建立一个综合关系模型，反映“干冰冰盖”与目前的火星气压。

目前的火星环境是独一无二的，除它之外，人类研究过的太阳系行星中没有任何一颗星球的空气能够冻结，然后像雪片一样落到地面上。

地球上拥有丰富的水蒸气，与火星很是不同。地球上的冰雪与大气有着密不可分的关系，它们是空气存在的“追踪剂”。如果要和火星一样，那么首先地球大气中占绝对优势的气体——氮气——每年都要先冻结然后融化，毋庸置疑，要是真的这样，整个地球的温度必须达到氮气的冰点，接近零下300华氏度（约零下184摄氏度）！

不过，火星毕竟非常独特，在那儿，二氧化碳可以冻结，然后像冰晶一样落到两极地表。但是，因为火星目前观测到的气压很低，有的科学家预测，即使在寒冷的冬天，二氧化碳的冻结量也会比较少，只够形成最多几米深的覆盖地面的干冰层。

因此，科学家们预言，当“水手9号”准时到达火星，开始监测南极冰盖的融化情况时，所有干冰都会融化。虽然火星极地的夏季气温最高也不过零下185华氏度（约零下120摄氏度），但比二氧化碳的冰点高许多。

可想而知，当“水手9号”项目小组的成员们发现，火星南极冰盖在如他们预期的那样缩小了几周后，却减慢了融化的速度……接着停止融化，之后在整个夏季都没有再度融化的时候，他们是多么的惊奇。这种惊人的现象只能说明一点：除了干冰之外，还有其他物质隐藏在“每年”形成的冰盖下方，当上方的固态二氧化碳升华之后，该物质便随之显露出来。

只有一种含量丰富的化合物符合条件：水。火星南极“剩下的冰盖”显然是过去一度在地表上流淌、侵蚀出大量沟渠、呈现液态的水的聚集地。

我们现在唯一要做的，或者说过去也应该做的，就是找到“加热”火星的办法，直到那些水融化为止。因为，如果水蒸气能与已经升华到别处（也许被极地的土壤吸收了）的二氧化碳“碰头”，就会产生温室效应，锁住太阳辐射，在极大程度上提高整个火星的平均气温。

火星的“春天”就会到来。

“海盗号”计划在1976年把两架着陆器发射到火星，并且让两艘轨道飞行器在火星上方巡航的时候，威廉·沃德博士也证明了火星的“春天”是有可能到来的。

在1973年到1981年发表的一系列论文中，沃德与数位合著者研究了火星自转轴与轨道倾角的意外改变对火星气候的影响。

他们发现，火星在整个太阳系中是独特的：只有它的自转轴倾斜方向可以改变24度（±12度）之多。

这种极不正常的行星自转轴倾角（正常倾角为25度左右）变化会完全改变火星的气候，因为极地冰盖会离太阳更近。就在沃德开展研究的时候，“海盗号”拍摄的照片证明火星已经不再像原来那般寒冷，气温正在向它过去的某个历史时期靠拢。

在这样一个世界里，生命确实有可能出现。火星上能否重新诞生与曾经建造了火星之城与“火星脸”的“火星人”同源的智慧生物，也许只是时间问题。