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火星上曾是一片海洋?

Cain 发表于 2015-10-15 08:09:32 [ 上一主题] [下一主题]

在4亿年前,火星上的液态水遍布全球,尤其是在北半球,火星海洋的深度可达到1000米以上。这种说法缘何而来?火星液态水是如何被发现的?
  美国宇航局于2015年9月28日公布了在“火星表面发现液态水活动”的强有力证据,来自火星勘测轨道飞行器的高分辨率照片显示,在火星南半球多个撞击坑附近发现了循环坡线。尤其是在Hale撞击坑内壁斜坡上出现了长度在100米左右的暗纹,其存在的时间与火星季节变化有很大的联系,这是美国宇航局此次公布火星现有液态水流动的关键证据之一。更重要的是,在MRO探测器的光谱数据中,暗纹中也有水分子和盐结晶体的信号,暗示火星上不仅有液态水,而且还挺咸。
4亿年前的火星
  撞击坑周壁上的暗纹被称为季节性循环坡线,当火星南半球正值夏季时,这些坡线产生的暗纹就非常明显。随着温度的升高,向下延伸的幅度增加,平均长度达到100米,宽度为2米左右,就像一只只张开的手指,因此,NASA科学家也形象地称其为“黑暗手指”。一旦火星南半球的冬季来临,这些“黑暗手指”开始退却,长度和宽幅逐渐缩短,正式进入冬季后就完全消失了。从2010年开始,季节性的坡线就开始进入我们的视野,通过MRO探测器上搭载的HiRISE和CRISM这两大仪器的观测数据,佐治亚理工学院博士生发现火星液态水如今仍然存在的直接证据。
在4亿年前,火星上的液态水遍布全球,尤其是在北半球,火星海洋的深度可达到1000米以上
于早期发现的火星冰川
  “火星上有水”是不争的事实,问题是水以何种状态存在。目前,NASA所寻找是的液态水,非固态冰冻的冰物质。这是因为在NASA宣布发现火星液态水之前,我们只知道地球上有液态水。如果说水以冰的形式存在,那么,火星极地冰盖应该很早就被发现了。自从上世纪70年代的海盗系列探测器之后,基本上可以确认火星曾经拥有液态水环境,两艘海盗号探测器向地球传回数万张火星图像。在火星两极都有冰物质大量分布的极冠,火星南极还有近10米厚的永久干冰(固态二氧化碳)层,北极极冠直径可以达到1000公里,冰物质分布非常广。欧洲空间局的火星快车探测器在2007年时还发现火星南极冰盖出现融化迹象,雷达数据分析显示,如果冰盖的冰层全部融化,能够把整个火星表面淹没,而且平均深度为10米以上。
火星北极冰盖
  火星极地冰盖中还存在一些固态二氧化碳,也就是干冰。火星快车还发现冰盖中冰的纯度非常高,同时,冰盖上还有塌陷的痕迹,这说明冰盖也存在侵蚀现象。除了冰盖之外,火星表面下方也被认为存在大量冰层。2015年4月,一篇发表在美国《地球物理》期刊上的论文指出,通过火星快车的数据分析,火星地下冰层的可能分布范围可以覆盖南北纬30至50度之间的广大区域,这些冰层如果融化,也能够覆盖整个火星表面,这是在火星中纬度附近发现的地下冰川。因此,火星上的冰物质储量庞大,不仅在极地冰盖有,中纬度附近也有大量地下冰层。
火星探测器拍摄到的河谷流水痕迹,最左边的为火星克里斯平原
于2011年发现疑似液态水流
  除了固态冰物质外,NASA更关心的是如今是否存在火星液态水。从上世纪90年代开始,NASA就制定了火星液态水调查计划。如果把时间轴进一步回拨,海盗系列探测器的轨道器就发现过在火星卡塞谷北侧边缘存在流水迹象,不过这个发现没有进一步证实。海盗着陆器所降落的克里斯平原拥有古老火星的流水痕迹,是早期火星表面存在液态水的有力证据之一。于1997年入轨的火星全球勘探者任务,是“发现火星液态水”的起点,当时,探测器传回了火星萨瑞高地牛顿撞击坑周壁上存在的沟槽,类似NASA在Hale撞击坑内壁斜坡上发现的“黑暗手指”。NASA的专家推测这与火星季节性地下水的蔓延有关。同时,在凯撒撞击坑周壁上也有类似的痕迹出现,这与地下冰层融化有一定的关系。
  从2001年开始,NASA相继发射了火星奥德赛任务、“机遇号”和“勇气号”火星车、火星勘测轨道飞行器以及凤凰号着陆器,还有造价高达25亿美元的“好奇号”火星车等。2008年,“凤凰号”取得了进一步的发现,在一次加热火星土壤的实验中发现了水蒸气产生的信号,同时,探测器上的摄像头捕捉到着陆腿上出现液滴。当时,NASA的科学家还没有确定这是液态水,只是确定是某种液体附着到了着陆腿上。
2008年,“凤凰号”取得了进一步的发现,在一次加热火星土壤的实验中发现了水蒸气产生的信号,Sol 20(左),Sol 24(右)
  自2005年,火星勘测轨道飞行器升空后,火星上的液态水踪迹开始浮现。2006年3月,探测器进入火星轨道作业。它搭载了HiRISE高分辨率成像科学设备,这是一台直接0.5米的反射式望远镜,分辨率达到0.3米,几乎可以看清火星表面的所有物体。同时搭载的还有CRISM 小型侦察影像频谱仪,其功能是红外与可见光光谱分析,用于确定物质成分。2011年,NASA就已经宣布拍摄到季节性流动液态水的痕迹,此时正好是火星的夏季,由于火星上一年为两个地球年,因此这个证实任务持续了近4年之久。通过对两个火星年的连续观测,发现多个撞击坑周壁上存在季节性出现的暗纹,比如Garni撞击坑、Horowitz撞击坑以及赤道附近的Coprates峡谷等。
Garni撞击坑、Horowitz撞击坑以及赤道附近的Coprates峡谷等多处发现了季节性暗纹
火星液态水丢失之谜
  从近20年的火星液态水寻找历程中可以看出,火星不仅在远古存在海洋,而且现在还存在季节性出现的液态水。在4亿年前,火星上的液态水遍布全球,尤其是在北半球,火星海洋的深度可达到1000米以上。此时,地球也有海洋存在,于是,太阳系内有两颗行星存在液态水海洋,既然地球海洋中可以存在生命,科学家相信火星的海洋中也有类似生命存在。
火星海洋存在时的情景
  但是,如今的火星已经没有了海洋,那么水到哪儿去了?一种说法是随着火星大气变薄,水蒸发后逃逸到太空中,另一种可能是海洋中的部分水在两极保存下来,同时,地下冰层也有部分以冰物质形式存在的液态水。总之,研究火星海洋的失踪之谜对地球而言至关重要,或许我们能避免让地球成为下一个火星。


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