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还你一个真实的火星 |
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科学家期盼“好奇”号重写火星历史 |
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火星在其鼎盛时期类似美国犹他州或内华达州在最后一个冰河时代的状态。
尽管行星科学家在争论，火星早期到底是湿润的还是冰冷干燥的，但他们一致同意至少在几个地质学上的短暂时期，火星是被水覆盖的。图片来源：KEES VEENENBOS
价值25亿美元的“好奇”号火星车正在寻找古老火星真相的旅程中。在154千米宽的盖尔陨坑之中（“好奇”号于2012年8月在这里着陆），耸立着一个高5.5千米的沉积物堆——被称为夏普峰。火星科学家认为，在夏普峰的土层中，埋藏着早期“火星水”的历史和解决一个关于火星的争论的方案。
火星探索
自从20世纪70年代海盗1号和海盗2号太空船发回火星上由水切割的山谷图像后，大多数火星科学家认为，在火星诞生的第一个10亿年里，火星被笼罩在一层厚密的、温暖大气中，有足够的雨水“雕刻”出这些山谷。这时火星的环境似乎有利于生命的起源和延续。
但是在过去十年，最新的火星探测器传回了火星表面更精确的图片，一些行星科学家认为，火星并没有先前想象的那样适宜生存。根据这些学者的观点，早期的火星并不具备降雨的条件（没有足够厚的永久大气），即使是短暂的小雨也无可能。数百万年来，火星表面一直是冰冷且干燥，任何生命想要在火星上站稳脚跟都是非常困难的。
“好奇”号已经开始攀爬夏普峰，明年将会有什么新发现？“这是一个价值25亿美元的问题。”美国布朗大学行星光谱学家Ralph Milliken说。这也许是古气候学家的梦想：堆叠的沉积物表层记录了一种不断变化却以湿润为主的气候，但是也许包含了古代火星生命的有机残余物。
“‘好奇’号可能给我们带来一个莫大的惊喜。我们从中学到了一些有用和有趣的东西。”加州山景城美国宇航局（NASA）艾姆斯研究中心（ARC）的行星地质学家Jeffrey Moore说。“但是，最终结果可能不是像某些人期待的那样。”
干湿变化
19世纪和20世纪早期的天文学家所设想的火星是一片由沙漠、湖泊、运河组成的景象，就像美国西部那样。20世纪60年代，水手号飞船在飞行时拍摄到火星表面的图片后，这一设想不攻自破。水手号传回的首个火星表面的特写图片显示，火星上焦干多坑的土地更像是月球上的场景。十年后，海盗1号和海盗2号太空船发回的图片再一次改变了人们对火星的认识——火星的热带地区遍布纵横交错的河谷。
研究河流侵蚀特征的行星河流地质学家得出结论，早期火星的大气厚度远比现在厚。通过计算火星表面累积的陨石坑，地质学家能推断出它们的年龄。科学家估计，诺亚纪的侵蚀最严重——足量的雨水切割河谷，洗刷陨石坑，侵蚀岩石。
“根据地球的标准，人们所认为的早期温暖而湿润的火星其实并不潮湿。”美国华盛顿史密森学会国家航空航天博物馆的行星河流地质学家Rossman Irwin说。但是，火星有可能是半干旱的。“火星在其鼎盛时期类似美国犹他州或内华达州在最后一个冰河时代的状态。”
从气候的角度来说，在诺亚纪之后的几亿年，火星每况愈下。在明显湿润的时期，流水形成了火口湖，在一些湖泊中出现了三角洲，陨石坑边缘的碎片被洗刷进而形成半锥形状的冲积扇。
又过了几亿年，“火星死亡了。”Irwin在美国国家航空航天博物馆的同事Robert Craddock这样说道。研究人员一致认为，在此之后的30亿年，火星一直保持冰冷且极为干旱的状态。
冰冷的火星
布朗大学的行星地质学家James Head并不认为氢的覆盖是必然的，因为火星既没有过永久的温暖也没有过偶然的降雨。在于3月份召开的月球与行星科学研讨会上，他从自己以及其他人的研究成果中引用了一系列理由来证明火星一直是冰冷的，而把火星设想成一个水世界的做法是在重蹈19世纪所谓的“火星运河”的覆辙。
Head认为，被侵蚀的陨石坑和水流冲刷而成的峡谷是真实存在的，但是在冰川融化这一罕见的时期内形成的。地球上南极洲的干峡谷就是在水的冲刷作用下形成的，Head曾经在当地做过实地调查工作。南极洲的平均气温在冰点以下，但是在夏季的日照时间内会有足够多的冰雪融化成水，而水流会将流经的区域冲刷成峡谷。
在Head的方案中，在这些大峡谷的周围，曾经存在着他自己称为诺亚冰雪高地的地貌。他与同事从火星上绵延的冰川特征（比如因沉积作用而在冰川下方形成的山脊）推理并认为：在诺亚时代晚期，火星南极的确曾经被冰层所包围，整个南半球的气温也因此而降低。
行星气候模型师Francois Forget和法国巴黎皮埃尔与玛丽居里大学的Robin Wordsworth，与Head和其他研究者一起展示了火星表面的冰是如何形成的。他们设计了一个早期火星气候模型，当时的火星大气层中具有浓度适中的二氧化碳。虽然这种大气层无法将火星的气温提升到冰点以上，但却可以像地球的大气层一样导致海拔越高，气候越寒冷，这和当前的火星气候是不同的。这意味着在火星海拔较高的南半球，雪花飘落并在地表压缩成冰。在8月28日的《地球物理研究通讯》上，布朗大学的Kathleen Scanlon与Head及其他同事联合发布了一个类似的气候模型，在模型中加入了雪和冰，正是这些冰雪融化成水后在火星表面切割出了大峡谷网络。
Head认为，火山或者可能存在的“大影响”可以融化火星表面的雪和冰。这一巨大的影响为整个星球带来了大量的热喷发物。这些喷发物可以将地表的冰蒸发，使大气层变暖，形成降水。虽然这种影响可能非常地短暂，但是加利福尼亚州帕罗奥图市洛勒尔公司空间系统的大气科学家Teresa Segura和她的同事可能已经揭开了它的奥秘。在2012年7月刊的《伊卡洛斯》上，她们展示了一个模型用以说明在合适的条件下，“巨大的影响”可以导致寒冷的火星气候向着温暖的气候转变，这种转变可以很稳定，从而消融大量的冰雪。
火山的作用也不可忽视，它可以通过喷发温室气体从而改变气候。海盗号探测器在火星上发现了一些太阳系最大的火山，但这些火山看上去就像夏威夷火山一样静静地爆发，没有释放出太多的气体。
在10月3日的《自然》杂志上，美国亚利桑那州图森市行星科学研究所的行星地质学家Joseph Michalski与马里兰州格林贝尔特市NASA戈达德太空飞行中心的Jacob Bleacher联合公布了他们的最新发现：在火星上蔓延的火山中，有7座具有喷发性且富含温室气体的“超级火山”；在火星早期，这些“超级火山”曾经喷发过，可能已经向大气层喷发了大量的二氧化碳和其他温室气体，足以在火星这颗冰冻的星球上触发短暂的春季。
河流地质学家Craddock关注于一个非常微小的方面：雨滴。虽然冰冷的高原场景已不复存在，但是Craddock认为，这对于解释观察到的陨石坑侵蚀现象至关重要。他说，只有降落的雨滴击中陨石坑边缘的每一平方厘米并激起岩石颗粒，才能造成所观察到的光滑的侵蚀现象；从冰川流出的融水无法达到这样的效果。
（段歆涔）
《中国科学报》 (2013-10-23 第3版 国际)
