火星赤道浅土中发现大量地下冰,给科学家出难题

NASA的奥德赛探测器发现了火星上的地下冰,其纬度远低于火星的极地冰盖。

图片来源:NASA/JPL-Caltech/ASU

科学家在火星赤道附近的浅土中发现了大量埋藏的水冰。这一发现为在这颗红色星球上寻找生命的天体生物学家或寻找水源的未来火星定居者带来了希望,但它同时也给气候科学家带来了一个谜团。

这些发现来自于对美国宇航局(NASA)奥德赛探测器的数据的重新分析,该探测器于2001年开始环绕火星运行,并且是围绕这颗行星历时最久的探测任务。

奥德赛探测器携带的一架仪器测量了宇宙射线撞击火星表面后被激起的中子数量。利用这些中子的数量,科学家可以推断出氢的数量,从而推测出土壤中最上层的水的数量。

如果中子数量较少,则水可以有多种存在形式——要么是在水化的矿物质中,要么是在沙粒或淤泥之间的小冰粒中。但是,当推断的中子丰度超过26%——就像科学家在某些地区发现的那样,他们非常确信,大块的冰就位于火星地表之下,马里兰州劳瑞尔市约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室行星科学家Jack Wilson这样表示。

火星上储存着冰并不是什么新闻。在火星的两极地区有水冰和二氧化碳构成的永久的极冠。早在2002年,研究人员使用奥德赛探测器的中子仪器报告了高纬度地区存在地下水的证据。

这些证据足够有力,以至于NASA派出了凤凰号着陆器去探索这些地区。2008年,当着陆器的机械臂在这片贫瘠的土地上钻探时,它在地表下发现了冰层。

如今,Wilson和他的同事想出了一种方法,将之前收集的奥德赛探测器的数据以290公里的分辨率绘制成一张地图,这几乎比早期地图清晰了两倍。

研究人员在火星低纬度地区寻找早期分析可能错过的更小、更集中的水冰,最终比预期发现了更多这样的区域。研究人员在8月的《伊卡洛斯》网络版上报告了这一研究成果。

布朗大学的行星地质学家Jim Head表示:“这是一个非常好的例子,表明了如何用新技术重新分析曾经采集的数据。”他说:“当我们最终将人类送上火星的时候,我们会想去有水的地方。”

但是新的发现也带来了一个难题。Wilson指出,根据目前的火星气候模型,赤道附近的冰层不可能持续存在超过12.5万年。这是因为它们会逐渐升华到大气中,即使是被埋藏在一层浅的绝缘土壤之下。

他解释说,如果冰真的在那里存在,那可能就是火星的旋转轴在这个时间窗内发生转移的证据。

与地球不同的是,火星并没有一颗像月球一样的卫星阻止其轨道轴发生长期摆动。并且如果火星的旋转轴比现有水平倾斜超过25度,那么一些极地冰帽将会升华并移动到更低的纬度地区。

然而,Wilson承认,这种解释是不可能的,因为火星的旋转轴不应该在如此快的时间尺度内摆动。他说,另一种可能的解释是,土壤也提供了一种蒸汽屏障来抑制升华并提供物理绝缘。

无论如何,不管火星赤道冰层是如何到达那里的,如果它找到了一种到达地表并偶尔融化的方法,它就可以为火星微生物提供一个友好的栖息地。这就是为什么火星科学家对所谓的“反复出现的斜坡线”如此兴奋。

它们是在陡峭的山坡上出现的深色条纹,被认为是潜在的水渗入——无论是融化的冰还是来自地下蓄水层。

目前NASA于2001年发射的“奥德赛”和2005年发射的“火星勘测轨道飞行器”依然在环绕火星运转。此外,美国2003年发射的“机遇”号火星车和2011年发射的“好奇”号火星车也在火星表面上工作。

火星是太阳系由内往外数第四颗行星,属于类地行星,直径约为地球直径的一半,自转轴倾角、自转周期相近,公转一周则花两倍时间。其橘红色外表是因为地表被赤铁矿(氧化铁)覆盖,火星被认为是太阳系中最有可能存在地外生命的行星。

火星基本上是沙漠行星,地表沙丘、砾石遍布,没有稳定的液态水体,二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷,沙尘悬浮其中,每年常有尘暴发生。与地球相比,地质活动不活跃,地表地貌大部分于远古较活跃的时期形成,有密布的陨石坑、火山与峡谷。

火星两极皆有主要以水和冰组成的极冠,上面覆盖的干冰会随季节变化而消长。

《中国科学报》 (2017-08-21第2版 国际)

标签:火星 科学家

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