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火星上发现液态水?但是已经干涸了

2017-4-17 22:37| 发布者: 伤我心太深| 查看: 460| 评论: 0

  干涸河床密布暗示昔日波涛汹涌

  1976年,NASA向火星发射了“海盗1”号和“海盗2”号行星际自动站,自动站在火星表面实现了软着陆,并首次传回火星表面的电视传真图像,科学家们根据这些传真照片坚信,今天的火星是一颗多沙尘而干燥的行星,其表面留下的这些纵横交错干涸的古老河床和水流冲刷形成的峡谷表明,火星上某个时候曾经有过水,而且水量充沛。从获得第一批火星照片的几十年来,随着对火星的深入考察,不仅在火星的大气中发现水的痕迹,而且在火星两极发现由冰和固态二氧化碳组成的极冠。那么,昔日火星峡谷中和大流河川中曾经波涛汹涌的水跑到哪里去了?



  火星表面布满干涸的沟壑和峡谷,这是昔日湍急的水流冲刷形成的。今天,科学家们发现,在火星地表铁锈色沙层的下方隐藏着科学上真正的意外发现——在火星最寒冷地区一米多深的红岩和红沙的地下埋藏着丰富的冰冻水。2002年2月,运行在火星轨道上的美国“火星俄底修斯”号探测器的γ分光计和其他仪器启动工作,它们的火星使命就是寻找火星上的水。这些仪器刚刚开始工作就使天文学家和宇宙地质学家欣喜若狂——这些仪器传回的信号证明,在火星的地下蕴藏着数量极大的氢——这只说明一点:那里有水!



  美国探测器在火星上一个大撞击坑的底部发现固态水。


  NASA科学家从2002年2月就开始根据“火星俄底修斯”号探测器传回的数据绘制出氢(即水分子氢)在火星南北半球的分布图。据初步估算,在火星地表土层的下方蕴藏着巨大的冰层,这个冰层的一半是由冰冻水组成,而另一半则是由二氧化碳组成。

  美国天文学家拜尔专门从事“火星是否存在水”的问题研究,他认为,“火星俄底修斯”号探测器上的仪器传回火星上的冰冻水不在地表而在地下的信号,是一个非常出人意料的极其重要的事实,问题在于,借助照相机不可能发现火星地表以下的水,要想搞清在火星地下蕴藏着冰还是水,必需借助γ分光计和中子分光计,正巧在“火星俄底修斯”号探测器上安装有这两种仪器。


  火星上发现古老河床


  科学家从NASA“好奇”号火星车传回的最新火星地表照片中首次发现火星上富含砾石的古老河床。该地点位于火星赤道盖尔撞击坑北部。“好奇”号拍到的砾石聚积层与地球流水作用下的砾石进行比对,两者惊人地相似。


  火星上发现富含砾石的古老河床(左图)和地球上河床砾岩层(右图)的比对图。


  科学家通过火星古老河床与地球河床砾石形态的比对推测,在远古时期,撞击坑中曾存在水量充沛的河水。这一发现是火星早期存在液态水的有力证据。目前,科学家们正在对砾岩层地貌进行详尽研究,砾石的大小和形态为这一研究提供了关于火星远古时期河水的流速和流距的线索。


  这是在火星盖尔撞击坑坡地的夏普山底部发现的砾岩层。美国加州大学研究人员威迪特里希通过对火星新发现的古老河床砾岩层照片的分析和研究认为,火星远古时代河水的流速可达0.91米/秒,河水深度可至人的裸关节与臀部之间。这一古老河床的发现使科学家们首次看到火星上存在液态水流冲刷留下的痕迹。

  较早之前由火星轨道探测器拍摄的该地区的照片中显示出这里存在许多显明的条纹状沟渠,液态水自上而下流动形成了扇形冲积地貌。有些砾石的形状呈圆形,这表明该地区曾存在湍急的水流冲刷并使砾石做远距离移动。在扇形冲积地貌中还发现数量较多的沟渠,这说明远古时期的某个时候火星上存在长时间的液态水流动。科学家通过地球上溪流砾石受液态水的侵蚀形态与“好奇”号所拍摄的砾石外貌进行详尽的比较性研究。



  欧洲宇航局公布:在火星上发现古代河床。

  今天看来,火星完全是一个寒冷无水而寸草不生的死寂世界,不过,对火星表面照片的仔细研究发现,过去的某个时候,火星上曾经水流湍急,水资源极为丰富——火星上残留至今的峡谷、沟壑、古老的河床和岛屿的轮廓……所有这些只有在水量充沛的条件下才能形成。可是,这里产生一个问题:所有这些水都跑到哪里去了?许多科学家认为,在极其遥远的过去,火星跟我们地球没有多大区别,有可能火星上的气压很高,那里的温度也比地球上的温度高,无疑,那里汹涌澎湃着的也是普通的液态水。而今天的火星跟地球相比却有着天壤之别,它的环境已发生天翻地覆的变化——火星上的水消失了,它为什么消失?跑到哪里去了?——我们对此还一无所知。

  不过,“火星俄底修斯”探测器已经部分地回答了这些问题。从探测器获得的数据证明,至少火星上的一部分水渗入地下,在那里结成冰,那么为什么这些水只渗入一米以下的地层中?有关这个问题的答案,可能是火星地表的特质所决定的。从火星照片不难看出,它的表面布满许多陨坑,这一点很像月球。显然,这些陨坑是在几十亿年的漫长岁月中,彗星和小行星撞击火星形成的——这种撞击能使火星岩石松动、碎裂、形成孔洞和碎块,还能形成地表裂缝和大面积塌陷,从而能促进地表水加速向地下渗透。



  火星上的“奥林巴斯”山峰是太阳系最高山峰,其高度为27千米,是火山喷发形成的,山坡上的熔岩很年轻,说明它还有可能活动。

  不过,一米的深度只是火星地下冰冻水的表层界限,那么火星冰冻的地下水的最底层在哪儿?暂且也不得而知。要知道,探测器上仪器的敏感度只能探测到这个深度,再深就探测不到了,所以,这个冰层究竟有多厚也尚不清楚,目前只知道取决于火星上不同位置的地下冰层厚度的变化数据。有可能火星赤道地区的地下冰层较厚,因为那里的温度较高,水分充沛,而两极地区的地下冰层较薄。

  还有个问题是,火星上的这个冰层是由纯固态冰构成还是永久性冰层结构?科学家们根据探测器传回的信号建立了火星冰层模型,该模型显示,这个冰层的20%—40%是由纯冰构成,这就是说,如果从火星地表取土样,土样会是由冰、石、尘埃等混合物组成。

  美国加利福尼亚喷气推进实验室的雷达专家普罗特博士认为,在火星的许多地区可能还蕴藏着纯冰层,在那里的火星地下可能存在着冰冻的地下湖或体积巨大的冰块——完全可能是从“火星俄底修斯”探测器获得的火星某些有限地区的反射信号骤然增强的原因:抑或那里蕴藏着纯冰,抑或那里的冰层厚度较其他地区更厚。



  在火星的平原上有水流冲刷形成的大峡谷,绵延弯曲封冻的河流,干涸的沟壑密布火星表面——这一切是昔日火星水资源丰富的史证。

  根据种种迹象,我们可以推断出火星上固态冰的最少数量,按冰层的平均厚度一米计算,那么所有冰的数量会覆盖整个火星表面几厘米厚一层,如果火星上某些地区的冰层厚度能达到几十米或几百米,便可断言,火星上某个局部地区存在一个不大的海或一个充满水的独特的海洋。然而,只好让将来的火星自动实验室或登上火星的航天员来对这个问题做出最终回答。

  火星与太阳系中的其他行星形成明显反差——它比地球小得多,但它的火山是太阳系中最多的,其峡谷也是最多最深的。火星是颗充满沙尘的行星,它的地下充满大量固态水。在这样一个冰沙的世界里是否存在生命?哪怕微生物?给人们留下更多的期待。不过眼下,科学家们甚感兴趣的是,在遥远的过去,火星上究竟发生了什么?是怎样发生的?是什么原因导致这颗红色行星上的气候发生如此戏剧般的变化?

  火星上昔日的湖泊和海洋

  昔日的火星上曾有过茫茫的大海,NASA的火星探测器在火星的土壤中发现矿物质就是其中一个最有力的证据。实际上,在火星的土壤中发现了硫酸盐,要知道,硫酸盐最易于溶解于水。科学家们根据这一发现立刻断定,昔日的火星上曾经存在大量水体,究竟这些水体能占多大面积还尚不清楚。

  NASA专家的新近研究证明了火星上的硫酸盐某个时候曾溶解在水中的推断,确切地说,硫酸盐已溶解在火星昔日的海洋中。科学家们在火星上还发现磷酸盐,磷酸盐也同水有关。然而,最重要的是,火星上的硫酸盐和磷酸盐之间的比例关系如何,通常,火星南北半球的这一比例是固定不变的。

  有专家认为,火星北半球地域辽阔又平坦光滑的表面是已消失的海洋留下的遗迹。在火星的土壤中发现比例固定而且分布均匀的矿物质盐是这一推断的有力证据。

  但是,这些矿物质盐的成分和数量说明,火星上昔日的海洋是一个“酸”的海洋,因为土壤成分中磷酸盐的浓度特别高——正是这一点对那些在火星上能发现生命或生命迹象的希望没有破灭的人们来说不利,问题在于,磷酸盐是生物体最重要的元素,因为生物体能很快从周围环境中吞噬磷酸盐,如果火星上曾经哪怕存在一点点生命的迹象,也不会是火星上的磷酸盐的数量达到如此大的程度,如此数量的磷酸盐都白白溶解在水中了!因而,据此判断,火星上的某个时候也没存在过生命,存在生命的可能性变得越来越渺茫,即便火星上曾经存在过生命,其生命的形式也绝对不像地球上的生命。

  火星上残留着淤沙的干涸湖床,被水浪冲刷的锯齿状湖岸……这一切是昔日的火星上存在湖泊的最有力证据。

  NASA专家认为,火星上一些较小水体和湖泊留下的遗迹会随着对火星的深入考察和研究进一步得到解释:为什么在火星的土壤中均匀地广布着矿物质?这些矿物质完全有可能在湖泊干涸后,被火星上的季节性沙尘暴带到火星各处的。

  34亿年的火星湖泊

  科学家们的忍耐性实在令人佩服,每一次他们都像孩子似地企盼着新年的到来,不过,他们盼望的不是新年,而是圣诞老人。2016年,欧洲宇航局计划向火星发射新的探测器。南美科罗拉多学院研究者们在火星上发现一个最古老湖泊的沿岸带。这一重要发现对火星上可能存在生命的理论的发展具有重大意义。负责这项火星研究的加·基阿其莱博士说:“在火星上新发现这个最古老湖泊的年龄约为34亿年,其面积约130平方千米,深450米。”该学院研究者们的这项研究成果发表在《地球物理研究快报》上。该研究使用的火星图片是安装在NASA火星探测器上专门用于研究火星的“HiRISE”摄像机拍摄的。



  火星上新发现一个最古老湖泊,其年龄约为34亿年,面积约130平方千米,深450米。

  火星上这一最古老湖泊的发现同科学家们对火星的研究相矛盾。根据该理论,火星上最古老的凹地和山峰形成于水量充沛而温暖时期的41亿年前—37亿年前。根据迄今现存理论,火星上新发现的这个最古老湖泊的形成期最晚,当时的火星气候已变得寒凉而干燥。

  从事空间生物学研究的多数科学家认为,火星上任何生命迹象都是以地下微生物的形式被发现的。发现的这些湖泊向这些微生物提供了舒适的生存环境,这些微生物的遗迹将在火星的地层中被发现。新发现的那个最古老的湖泊可能是在火星山的气候发生急剧变化时彻底蒸发后而消失了。科学家们认为,火星上湖泊的发现有助于对火星过去的生命过程有一个更详尽的了解。

  2016年,欧洲宇航局计划向火星发射“火星外来者”号火星车继续探测火星。科学家们把在火星上发现有机生命的希望寄托在“火星外来者”号身上。

  火星上曾存在太阳系最大的湖泊

  我们在火星照片的环形山中看到的那蓝色的东西是什么?难道是火星上的水吗?欧洲宇航局对不久前发表的“火星快车”号探测器传回的火星表面照片解释道:“那蓝色的东西不是水,而是光学错觉。”

  有人会认为,这张火星照片上左侧环形山中的蓝色部分和右上方蓝色部分一定是火星上发现的水,其实不然。

  谁还能怀疑在这些火星湖中有水?!要知道,实际上,这张火星照片左侧的环形山中的蓝色部分和稍右一点的蓝色部分很像水体,即很像湖泊,在环形山湖泊的中心的最深处,那里的水是深蓝色。而在环形山岸边较浅处,那里的水看上去呈浅蓝色。与这个湖泊比邻的地方出现深色斑痕,那里很像一片充满水的沼泽地。

  有湖泊的这座环形山位于一个被称作“阿拉比亚·泰拉”的地方。该环形山的直径约70千米,因此,这里的水体也不会小,水体宽度约20千米。这里的水清澈见底而纯净。能看见环形山底部的地貌。这个湖里可能还有鱼。

  如果相信欧洲宇航局,那么在这里的环形山中没有任何水。原来,火星上的这些湖泊是被有意“装饰”成这个样子,以便研究人员能区分出被侵蚀地区。火星上的风速可达100千米/小时,因此火星上的龙卷风可肆虐数百千米甚至数千千米高,它能把火星上的地表土卷走,从而使深色的火山岩——玄武岩暴露在地表,其地表呈现出的青色部分是光学错觉,似乎很像水。如果相信欧洲宇航局,火星上的湖泊类似“海市蜃楼”现象,实际上,那里没有水。


 

 颜色更深的岩石看上去很像水。火星上有“水”的照片还是早在2014年11月19日借助高分辨率立体相机拍摄并传回地球的。


  颜色更深的岩石看上去很像水。火星上有“水”的照片还是早在2014年11月19日借助高分辨率立体相机拍摄的。为什么欧洲宇航局的专家们以此来吸引人们的眼球至今?可能是为了让研究火星的兴趣升温。因为,许多怀疑论者毕竟不会再改变自己的观点了。他们仍在继续认为,火星环形山中有水,而且在火星的某个地方甚至存在生命。昔日的某个时候火星人曾生活在这里。让人感到惊异的是,类似的想法并非没有根据。

  早在诺亚时代火星人就已经在那里洗澡了!

  NASA行星学研究所的专家们通过研究得出一个结论:“某个时候,在火星南半球的埃拉达平原曾存在一个巨大的湖泊。”莱·勃利马斯泰勒博士和他的同行们仔细分析了该平原上的层状沉积岩,最后得已搞清,平原上的这些层状沉积岩是随着湖泊周围的山岩在水的作用下逐渐向湖中沉积和坍陷而聚积形成的。此外,从火星上传回的照片中不难发现,地表的某些地区看上去似乎覆盖着淤泥。


  从火星上传回的照片中不难发现,地表的某些地区看上去似乎覆盖着淤泥。

  火星上干涸的湖底被淤泥层所覆盖。埃拉达平原是由于一颗巨大的陨星或彗星撞击后形成的。进而形成太阳系最大的陨坑,它的直径为2000千米,深约8千米。如果相信科学家,太阳系这个大陨坑曾经充满了水,其容量可达数百万立方千米。火星上水体留下的痕迹也就是太阳系最大的湖泊留下的痕迹。科学家幽默地说:“早在诺亚时代火星人就已经在那里洗澡了。”



  “好奇”号火星车游弋火星湖底美国“好奇”号火星车在火星盖尔环形山考察时,在那里发现一个直径约200千米很深的大湖。于是,“好奇”号开始游弋湖底,寻找湖水存在的科学证据,它在那里终于发现了时间长达几千万年的岩石沉积层,以此证明了在远古过去的火星上确实存在一个大湖。图片中圆圈所示位置是“好奇”号火星车目前的活动范围。



  美国“好奇”号火星车在火星盖尔环形山中发现直径200千米的大湖。湖水侵蚀的明显地貌特征和几千万年形成的沉积岩便是昔日大湖存在的史证。照片中的圆圈所示处是“好奇”号火星车当时的活动范围。

  火星两极冰盖呈螺旋状之谜

  为什么火星极冠呈深深的沟纹状?为什么这些峡谷褶皱呈很像海贝花纹的螺旋状?在个别地方还发现类似脑沟的地貌?地球上为什么没有这些独特地貌?2004年3月25日,美国亚利桑那大学教授、地质学博士贝雷切尔对这一系列问题做出非同寻常的回答。火星北极地区呈现出深深的沟纹状冰盖,它呈辐射状弯弯曲曲向外扩展——离极地越远沟纹之间的距离就越大。

  自然界中的这种螺旋状现象并不罕见:只要我们看一下软体动物的贝壳如鹦鹉螺,它呈螺旋状;从高空观察龙卷风也是螺旋状;从漩涡星系的照片上还可以发现,从星系中心向外扩展的星系旋臂更是螺旋状……可以说,螺旋状在自然界中无处不在。

  火星虽然跟我们的地球相像,但它却是一颗独特的行星——它就像儿童的陀螺玩具一样,经常相对设想中的垂直轴作摇摆式运动,火星由于这一摇摆式运动使阳光更近些——有时这个地区离阳光近些,而有时那个地区离阳光近些,因此在极地的这种条件下会发生以下情况:峡谷一侧的冰盖在阳光的照射下开始慢慢融化、蒸发、逐渐变深使冰盖的沟痕加大,渐渐融化的冰水蒸发,其蒸气朝峡谷更寒冷的背阴面运动,这些峡谷再重复冻结,结果出现约1000米深的独一无二的大峡谷,整个极地地区都被这种冰封的峡谷所覆盖,其面积达数百平方千米。

  想必,这种现象只发生在火星上。然而,大气层稀薄、气候寒冷和摇摆式运动是火星的特质。而我们作为地球人却很幸运,要知道,地球却没有火星的这些怪异的特质,特别是地球两级附近的温度或高或低都受到洋流和气流的调节。此外,我们还应该感谢我们的引力“伙伴”月球,地球之所以能被约束在一条较稳定的轨道上运动,既不像火星那样“摇头尾巴晃”,也不“东窜西跑”——这正是月球的功劳!而火星则完全另外一样,其表面每一个具体点的温度都取决于阳光的入射角。由于火星大气稀薄,热对流过程非常微弱——这种微弱的热对流过程几乎只发生在阳光能照射到的区域,结果冰盖峡谷的斜坡此时朝向阳光,并迅速融化而且变得越来越陡峭,其临近区域却处于冻结状态。这一切并非偶然,火星的两级冰盖就是具有这种螺旋状特点——对自然界来说这种螺旋状“造型”完全是自然而然的。

  研究中发现,火星两极的这种螺旋状冰盖越接近旋臂的边缘,螺旋体之间的距离就越大。而在螺旋状冰盖的中心却相反,螺旋体之间的距离就越小——正是由于这种原因,越接近极地,冰盖随火星旋转的速度就越低,螺旋状冰盖之间的距离就越小。越接近极地也越寒冷,冰盖融化得也就越慢。过去,科学家们对火星两极冰盖的螺旋状现象错误地解释为,这是由于火星上强劲的龙卷风造成的。看来,火星两极冰盖螺旋状之谜终于被解开了!

  火星南极发现大量固态水如此看来,火星是诺亚时代的见证,尽管那时火星上的水量不大,诺亚却可以在火星河里洗浴。有人认为,要想让火星上的水保持液态,必须回到30亿——40亿年前的诺亚时代。当时,火星的埃拉达平原地区湖水波浪激荡,在某个地方还曾有过海,甚至还有大洋。那么,火星上如此丰富的水资源都跑到哪里去了?很可能都冷冻在火星的地下。

  火星南极地区蕴藏着极为丰富的固态水。

  在第39届月球与行星科学会议上,NASA科学家公布了借助“火星探测轨道飞行器”上的定位雷达获得的资料。这些探测资料证明,在火星中纬度地区地表覆盖着厚度达几百米的固态水冰层。而且,在火星的沙层下方还发现固态水,其面积占火星地表总面积的1/3至1/2。沙层下方蓄水层的厚度达几厘米至几米深。专家们认为,这些地区,由于春夏秋冬在不同的季节里温暖的阳光照射到火星地表不同,沙层下蓄水层的厚度也随之变化,这表明,离阳光越近,固态水的蓄层就越深,反之就越浅。



  如果火星上蕴藏的全部冰融化可覆盖火星全球几十米深。


  继美国探测器之后,又传来更振奋人心的喜讯:欧洲宇航局“火星快车”号探测器在火星南极地区发现厚度达4千米的冰层,这占火星上固态水的90%。参与火星考察和研究的专家认为,火星北极地区的水储量也不少,如果蕴藏在火星上的冰全部融化,可覆盖火星全球几十米深。


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