7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器点火升空。火星是离太阳第四近的行星，与地球邻近且环境最为相似，是人类走出地月系统开展深空探测的首选目标。
由于距离遥远，科学家一直在地球上寻找类火星环境进行研究工作。我国的柴达木盆地是地球上最大的类火星环境，对其进行的科学考察则能为世人瞩目的火星探测提供极为重要的类比资料。柴达木与火星有何相似之处？它对火星研究领域有哪些重要意义？
▲科考车在柴达木盆地的盐滩环境留下车辙印，这里土质疏松，地表多为强风吹走细小沙尘颗粒之后留下的砾石。摄影/李一良
火星：与地球最为相似的行星
太阳系八大行星之一的火星，距离地球2.25亿公里，是离地球最近的行星，也是太阳系中与地球最为相似的行星。它的自转轴倾角、自转周期均与地球相近，平均火星日为24小时39分35.244秒，公转一周约为地球公转时间的两倍。
在40亿年前，火星是一个湿润、温暖，且拥有浓厚大气层的星球。它的岩石圈、水和大气之间的相互作用在地表形成了河流、湖泊和地表沉积物。在演化的早期，火星对生命是一个宜居的环境，科学家甚至不能排除现在火星的深部土壤环境仍然有生命存在的可能性——火星有可能曾经孕育过生命，有可能现在还有生命，还有可能未来能孕育生命。
▲这是1998年使用1000张海盗号卫星照片制作的火星全景照，在赤道附近，巨大的水手峡谷清晰可见。图源/ NASA/JPL-Caltech/USGS
后来，火星的气候由温暖转为干冷，湖泊河流消失，大规模风成地貌形成。与此同时，火星上还有火山活动，并且曾受到陨石撞击。因此，它的表面发育了地球上几乎所有类型的地貌，包括火山地貌、冰川地貌、风沙地貌、流水地貌、断陷峡谷以及撞击坑等。
无论是宜居条件、气候变化还是地形地貌，火星与地球都有相似之处。如果要探索地外文明，火星会是人类的第一站，而在地球上的类火星环境，是火星研究的重要参考。
▲这是298公里直径的牛顿小行星撞击坑内部一个小型冲击坑北部坑壁上的冲沟，冲沟的形成可能与水、泥石流有关。图源/ NASA/JPL-Caltech/MSSS
火星VS柴达木：从湿润到干旱，从风沙到盐湖
目前，行星科学家已经在地球上建立了30多个相似性研究基地，从两极到赤道地区都有分布，例如智利的阿塔卡马沙漠，作为极端干旱区域，与火星的气候条件十分相似；南极麦克默多干谷，寒冷干燥的环境，类比火星上的极端永冻土；西班牙力拓河（即红酒河），以酸性环境开展极端微生物生存环境模拟研究……但是从气候到地貌上看，中国的柴达木盆地是最具有代表性的类火星环境。
与风沙活动有关的沙丘和雅丹地貌，是柴达木盆地类火星环境的重要特征之一。供图/图虫创意
柴达木盆地位于青海省西北部，青藏高原东北部，主要分布在青海省海西蒙古族藏族自治州境内，西北抵阿尔金山脉；西南至昆仑山脉；东北到祁连山脉，面积约24万平方公里，是中国三大内陆盆地之一，属于封闭性的巨大山间断陷盆地。
大约在5亿年前，这里还是古海的一部分。由于古板块的俯冲和碰撞作用，南部的昆仑山、东北的祁连山和北部的阿尔金山相继隆起，柴达木便在2亿年前成为内陆盆地，并且在大约2300万年前形成一个高原大湖。
柴达木盆地西部的一个正在走向干涸的盐湖，完美展现了盐滩、盐结晶与盐湖的中心环状分布。供图/图虫创意
周边隆起的大山阻挡了柴达木盆地接受外来水汽的滋润，形成了极端干旱的气候环境——盆地内部的年降水量长期少于50毫米，而盆地的西部更是低至14毫米。原本的大湖逐渐蒸发消失，风取代了水成为了柴达木地表形态的塑造者，形成了丰富、独特的地形和地貌特征。
从湿润的宜居之地到极度干旱的荒漠，火星与柴达木盆地的演化过程何其相似，因此两者的环境也有着惊人的相似之处。
▲柴达木盆地的寂静和干旱，与火星环境高度相似，有时候，只有天上的云才能提醒人们这里还属于地球。摄影/李一良
干旱的地表和雅丹群是火星景观的突出特点，这一特点在柴达木盆地也十分明显。雅丹是极度干旱环境下以风为主要风化、侵蚀营力的地貌。在阳光的作用下，火星上稀薄的大气受热不均匀，热空气上升，冷空气下降，于是形成了风。在风力较大的地方，沙粒磨蚀岩层，形成了大量的雅丹地貌。
柴达木盆地的雅丹地貌同样由风造就。西风从阿尔金山北侧积蓄到一定强度后，通过茫崖、冷湖一带进入，强烈的狭管效应进一步增强了这里的风力。据统计，冷湖、茫崖一带风速大于每秒5米的大风日数，每年可达289天至318天，而8级以上的大风日，年均高达110天。盛行的西北风对干旱的地表进行强力的雕凿与刻蚀，从而形成了2.24万平方公里的风蚀残丘，是中国最大的雅丹地貌分布区。干旱、苍凉的大地上矗立着龟背形、槽垄形、圆丘形、立柱形等各种形态的雅丹景观，与火星的地表可以说是难分彼此。
▲柴达木盆地西部广泛分布的雅丹地貌区里，常能见到演化到晚期的的雅丹地貌，与火星上的雅丹地貌十分相似。摄影/杨勇
风塑造了雅丹地貌，也吹起了尘埃。由于火星与柴达木盆地同样是极度干旱的环境，有着干燥、疏松、细粒的土壤，当大风吹过，在地表就会留下长长的拖尾——风吹痕由此形成。2003年，火星奥德赛号搭载的热发射成像系统在火星的南纬6.3°，东经14.1°拍摄到巨大的风吹痕，在柴达木盆地的西北部边缘沙丘也有类似现象。
▲在柴达木盆地的西北部边缘地区，由于常年刮风，在干燥的土壤表面形成了风吹痕，与火星上的痕迹十分相似。摄影/李一良
同时，火星盛行沙尘暴和小型龙卷风，在荒漠环境中常常卷起尘埃，被科学家称为“尘魔”，是火星地表尘埃进入大气的主要途径。而柴达木盆地在夏季时，地表温度高达45℃以上，大气温度却在22℃以下，这样的温差使得小型的龙卷风频繁发生，在干燥的沙地上形成了此起彼伏的尘魔。
▲2016年，机遇号前往努德森岭，用巡视相机拍摄到火星上的尘魔。图源/ NASA/JPL-Caltech/Arizona State University
一直以来，科学家都在探索着火星上是否还存在液态水这个问题。过去的火星曾经分布着河流湖泊，人们推断，随着气候向极度干旱的转变，在水蒸发的过程中，火星的湖泊逐渐演变成盐湖，最后形成了广袤的盐滩。杰若罗火山口盆地，就被推论是一个古盐湖盆地。
在柴达木盆地，盐湖与盐滩也是常见的景观。这里的年蒸发量高达2000毫米以上，在漫长的岁月里，大大小小的咸水湖湖水被不断蒸发，析出的盐粒平整地分布在湖底，逐渐成为了盐湖，例如茶卡盐湖、察尔汗盐湖、西台吉乃尔和东台吉乃尔。当盐湖表面的卤水越来越少，就会形成盐滩，例如昆特依盐滩、察汗斯拉图盐滩和一里坪盐滩。
柴达木盆地在特定的地质演化和地理环境中，形成了巨大盐类矿藏，呈现了众多盐湖景观。供图/图虫创意
此外，1972年，科学家们通过深空探测器“水手9号”发现了在火星表面的干涸河道，随后又陆续发现了火星表面存在干涸河床、三角洲、冲积扇等大量的流水地貌。
柴达木盆地周边围绕着昆仑山、祁连山和阿尔金山，在春夏时节，这些山脉的冰川融化形成水流，一路沿山而下形成河流，并在山脚形成了冲积扇。随后河流在柴达木盆地的荒漠肆意流淌，构成了纵横的辫状水系；而到了秋冬时节，气温下降使冰川融水减少，河流断流后就形成了大面积的干涸河道。
从空中看去，祁连山山前平原开阔，冲积扇一个接着一个，相互连接重叠。摄影/王琛
从湿润到干旱的演化过程，从雅丹地貌到尘魔现象，从古盐湖到盐滩的形成，柴达木盆地都与火星高度相似。而且极端的气候环境致使这里成为了无人区，生命在此十分罕见，可以说这里是地球上最像火星的地方。
这里通向火星，也通向美景
对于科学家来说，柴达木盆地是一个难得的火星环境类比研究对象，他们将盆地西边老茫崖沿315国道往东30公里到碱山的广大地区命名为“火星谷”。这里的南北跨度达160公里，以盐滩和雅丹为主要地貌特征，适合开展火星环境演化和气候变迁等研究。
柴达木盆地西部有着令人叹为观止的风蚀地貌，冷峻苍凉让人有穿越火星的感觉。－供图/图虫创意
在2020年，美国、中国和欧洲太空局都会发射新的火星车到其表面采样并最终将样品带回地球，以最终确定火星上是否存在过生命、是否还存在生命。在登陆计划的前期工作中，火星车的设计是重中之重。面对火星上极端干旱、尘魔频发的环境，柴达木盆地能够为火星车的安全着陆和运行提供优质的机械测试场所。
从科学研究的角度来看，科学家们可以通过对比柴达木和火星在内部与表面各方面的相似性，了解太阳系乃至整个宇宙的组成、演化和宜居性。例如在火星和柴达木盆地都有雅丹群，形成原因雷同，由此可以从柴达木的地貌推演出火星上的地层分布规律和气候规律。
▲美国国家宇航局研制的好奇号火星车，在火星盖尔陨石坑内发现了富含矿物盐的沉积物，表明坑内曾有盐水湖。图源/NASA
在2020年7月15日至8月15日期间，阿联酋的“希望”号火星项目、中国的“天问一号”计划、美国的“火星2020”计划相继发射，掀起了人类对火星的探测热潮。但是在目前的科技条件下，人类正式登陆火星的日子仍是未知之数。
7月23日，中国“天问一号”火星探测器成功升空，开启中国首次自主火星探测任务。图源/国家航天局
火星很远，但是柴达木很近。2019年3月，中国首个火星模拟基地在柴达木盆地茫崖市冷湖地区建成。在这里，火星营地设计成全封闭式的火星太空舱，可以提供完整的“火星登陆”体验。雨果奖获得者、科幻作家刘慈欣曾说：“第一次到冷湖时，毫不怀疑自己真的置身火星的环境中。”
火星营地所在的俄博梁，是中国面积最大的雅丹地貌群——-柴达木雅丹地貌群的一部分，远远望去，一大片雅丹景观犹如雕塑般矗立，这里的戈壁滩荒凉无垠，人在其中穿越，犹如置身于火星地带，陌生与孤寂。
▲2019年3月，冷湖火星营地投入使用。这里常年寒冷多风，少雨干旱，昼夜温差大，还有着规模宏大的雅丹地貌，与火星环境相似。供图/图虫创意
与这个火星地带类似的还有“火星1号公路”，起点在G315国道953公里和954公里路牌之间，终点是冷湖的5号石油基地遗址,全程88公里，是无人区盐碱荒漠上唯一的土石路。
这里号称是柴达木盆地最壮丽的雅丹景观走廊，地表为沙漠化的盐壳地表，除了密集的雅丹地貌，全程看不到一寸草木，也见不到任何动物。千百万年来强风剥蚀下，地面形成深浅不一的沟壑，裸露的岩层垛堞分明，出现了平顶方山状雅丹、锯齿形雅丹、角锥丘雅丹、烽燧型雅丹……
在柴达木盆地的无人区里，公路延绵通向远方，沿途寂静荒凉。供图/图虫创意
但是“类火星地貌”并不是柴达木唯一的景色。昆仑山、祁连山在夏季的冰雪融水，为这个干旱的盆地增添了许多瑰丽景色。从昆仑山脉中段北坡冰川发源的那陵格勒河汇入到西柴达木的东台和西台吉乃尔湖，将东台湖区岸边的雅丹地貌淹没了一部分，从而形成了特有的水上雅丹景观，这就是乌素特雅丹地质公园。湛蓝的湖面上，大大小小的风蚀残丘“破水而出”，高度从几米到一百余米不等，不断变幻出长垄状、鲸背状，柱状、墙状，极其壮美。
盐湖与雅丹地貌相遇，构成了世界上发现最早的一处水上雅丹景观。供图/图虫创意
当水遇见盐滩，则形成了另一种风景。祁连山脉西端支脉——柴达木山的冰雪融水就诞育了美丽的大柴旦湖。这里原来是干盐滩，地下有各种盐类的结晶，当地下水或其他补给水出现，溶解了干盐滩中结晶的盐类，就会形成一处处各式各样的坑洼，构成了大大小小互不相连的水面，深蓝浅绿色彩缤纷，而最广阔的水面为碧蓝色，犹如翡翠般璀璨，因此当地人又称其为“翡翠湖”。
大柴旦湖的水面蓝绿交错，犹如上天落下的翡翠，撒在柴达木的苍茫大地上，美得摄人心魄。供图/图虫创意
这就是柴达木盆地的奇妙之处——它一半是荒芜干旱，被称为地球上最像火星的地方；一半是水光潋滟，带来了无比瑰丽的盐湖景观。这样的景观，让人不禁遐想——假设火星上也有水，它的未来是不是也和柴达木一样多姿多彩？
▲2004年，勇气号在火星“丈夫山”附近拍摄照片，火星表面可以看到岩石受风化后产生的碎屑物质，荒漠景观与柴达木盆地的西部十分相似。图源/NASA/JPL-Caltech/Cornell
参考资料
