「好奇」號竟如此逆天?還原真實火星

  儘管行星科學家在爭論,火星早期到底是濕潤的還是冰冷乾燥的,但他們一致同意至少在幾個地質學上的短暫時期,火星是被水覆蓋的。

  據中國科學報:價值25億美元的“好奇”號火星車正在尋找古老火星真相的旅程中。在154千米寬的蓋爾隕坑之中(“好奇”號於2012年8月在這裡著陸),聳立著一個高5.5千米的沉積物堆——被稱為夏普峰。火星科學家認為,在夏普峰的土層中,埋藏著早期“火星水”的歷史和解決一個關於火星的爭論的方案。

  火星探索

  自從20世紀70年代海盜1號和海盜2號太空船發回火星上由水切割的山谷圖像後,大多數火星科學家認為,在火星誕生的第一個10億年裡,火星被籠罩在一層厚密的、溫暖大氣中,有足夠的雨水“雕刻”出這些山谷。這時火星的環境似乎有利於生命的起源和延續。

  但是在過去十年,最新的火星探測器傳回了火星表面更精確的圖片,一些行星科學家認為,火星並沒有先前想像的那樣適宜生存。根據這些學者的觀點,早期的火星並不具備降雨的條件(沒有足夠厚的永久大氣),即使是短暫的小雨也無可能。數百萬年來,火星表面一直是冰冷且乾燥,任何生命想要在火星上站穩腳跟都是非常困難的。

真實火星

  “好奇”號已經開始攀爬夏普峰,明年將會有什麼新發現?“這是一個價值25億美元的問題。”美國布朗大學行星光譜學家Ralph Milliken說。這也許是古氣候學家的夢想:堆疊的沉積物表層記錄了一種不斷變化卻以濕潤為主的氣候,但是也許包含了古代火星生命的有機殘餘物。

  “‘好奇’號可能給我們帶來一個莫大的驚喜。我們從中學到了一些有用和有趣的東西。”加州山景城美國宇航局(NASA)艾姆斯研究中心(ARC)的行星地質學家Jeffrey Moore說。“但是,最終結果可能不是像某些人期待的那樣。”

  乾濕變化

  19世紀和20世紀早期的天文學家所設想的火星是一片由沙漠、湖泊、運河組成的景象,就像美國西部那樣。20世紀60年代,水手號飛船在飛行時拍攝到火星表面的圖片後,這一設想不攻自破。水手號傳回的首個火星表面的特寫圖片顯示,火星上焦乾多坑的土地更像是月球上的場景。十年後,海盜1號和海盜2號太空船發回的圖片再一次改變了人們對火星的認識——火星的熱帶地區遍佈縱橫交錯的河谷。

  研究河流侵蝕特徵的行星河流地質學家得出結論,早期火星的大氣厚度遠比現在厚。通過計算火星表面累積的隕石坑,地質學家能推斷出它們的年齡。科學家估計,諾亞紀的侵蝕最嚴重——足量的雨水切割河谷,洗刷隕石坑,侵蝕岩石。

  “根據地球的標準,人們所認為的早期溫暖而濕潤的火星其實並不潮濕。”美國華盛頓史密森學會國家航空航天博物館的行星河流地質學家Rossman Irwin說。但是,火星有可能是半乾旱的。“火星在其鼎盛時期類似美國猶他州或內華達州在最後一個冰河時代的狀態。”

真實火星

  從氣候的角度來說,在諾亞紀之後的幾億年,火星每況愈下。在明顯濕潤的時期,流水形成了火口湖,在一些湖泊中出現了三角洲,隕石坑邊緣的碎片被洗刷進而形成半錐形狀的沖積扇。

  又過了幾億年,“火星死亡了。”Irwin在美國國家航空航天博物館的同事Robert Craddock這樣說道。研究人員一致認為,在此之後的30億年,火星一直保持冰冷且極為乾旱的狀態。

  冰冷的火星

  布朗大學的行星地質學家James Head並不認為氫的覆蓋是必然的,因為火星既沒有過永久的溫暖也沒有過偶然的降雨。在於3月份召開的月球與行星科學研討會上,他從自己以及其他人的研究成果中引用了一系列理由來證明火星一直是冰冷的,而把火星設想成一個水世界的做法是在重蹈19世紀所謂的“火星運河”的覆轍。

  Head認為,被侵蝕的隕石坑和水流沖刷而成的峽谷是真實存在的,但是在冰川融化這一罕見的時期內形成的。地球上南極洲的干峽谷就是在水的沖刷作用下形成的,Head曾經在當地做過實地調查工作。南極洲的平均氣溫在冰點以下,但是在夏季的日照時間內會有足夠多的冰雪融化成水,而水流會將流經的區域沖刷成峽谷。

  在Head的方案中,在這些大峽谷的周圍,曾經存在著他自己稱為諾亞冰雪高地的地貌。他與同事從火星上綿延的冰川特徵(比如因沉積作用而在冰川下方形成的山脊)推理並認為:在諾亞時代晚期,火星南極的確曾經被冰層所包圍,整個南半球的氣溫也因此而降低。

火星資料圖

  行星氣候模型師Francois Forget和法國巴黎皮埃爾與瑪麗居裡大學的Robin Wordsworth,與Head和其他研究者一起展示了火星表面的冰是如何形成的。他們設計了一個早期火星氣候模型,當時的火星大氣層中具有濃度適中的二氧化碳。雖然這種大氣層無法將火星的氣溫提升到冰點以上,但卻可以像地球的大氣層一樣導致海拔越高,氣候越寒冷,這和當前的火星氣候是不同的。這意味著在火星海拔較高的南半球,雪花飄落並在地表壓縮成冰。在8月28日,布朗大學的Kathleen Scanlon與Head及其他同事聯合發佈了一個類似的氣候模型,在模型中加入了雪和冰,正是這些冰雪融化成水後在火星表面切割出了大峽谷網絡。

  Head認為,火山或者可能存在的“大影響”可以融化火星表面的雪和冰。這一巨大的影響為整個星球帶來了大量的熱噴發物。這些噴發物可以將地表的冰蒸發,使大氣層變暖,形成降水。雖然這種影響可能非常地短暫,但是加利福尼亞州帕羅奧圖市洛勒爾公司空間系統的大氣科學家Teresa Segura和她的同事可能已經揭開了它的奧秘。在2012年7月刊的《伊卡洛斯》上,她們展示了一個模型用以說明在合適的條件下,“巨大的影響”可以導致寒冷的火星氣候向著溫暖的氣候轉變,這種轉變可以很穩定,從而消融大量的冰雪。

  火山的作用也不可忽視,它可以通過噴發溫室氣體從而改變氣候。海盜號探測器在火星上發現了一些太陽系最大的火山,但這些火山看上去就像夏威夷火山一樣靜靜地爆發,沒有釋放出太多的氣體。

  在10月3日的雜誌上,美國亞利桑那州圖森市行星科學研究所的行星地質學家Joseph Michalski與馬里蘭州格林貝爾特市NASA戈達德太空飛行中心的Jacob Bleacher聯合公佈了他們的最新發現:在火星上蔓延的火山中,有7座具有噴發性且富含溫室氣體的“超級火山”;在火星早期,這些“超級火山”曾經噴發過,可能已經向大氣層噴發了大量的二氧化碳和其他溫室氣體,足以在火星這顆冰凍的星球上觸發短暫的春季。

火星資料圖

  河流地質學家Craddock關注於一個非常微小的方面:雨滴。雖然冰冷的高原場景已不復存在,但是Craddock認為,這對於解釋觀察到的隕石坑侵蝕現象至關重要。他說,只有降落的雨滴擊中隕石坑邊緣的每一平方厘米並激起岩石顆粒,才能造成所觀察到的光滑的侵蝕現象;從冰川流出的融水無法達到這樣的效果。




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