图解美国宇航局发现的火星地表液态水

北京时间9月29日凌晨消息,美国宇航局刚刚举行发布会,公布了该机构有关火星的“重大发现”。研究人员表示,最新证据表明此前在火星表面一些陨坑坑壁上观察到的神秘暗色条纹可能与间歇性出现的液态水体有关。来自美国宇航局卫星的数据表明这些出现在坑壁上的暗色条纹可能是含盐水体沉积过程产生的结果。

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这些深色、狭窄、100米长的条纹称为“季节性斜坡纹线”,从火星的陡峭山坡上延伸而下,科学家推断这是由同时期的流动水所形成的。近日,行星科学家在海尔火山口(Hale crater)探测到了水合盐,证实了最初的假说,即这些条纹确实是由于液态水流动而形成的。据推测,深色条纹上坡处的蓝色可能与其本身的化学组成无关,而是来自矿物质辉石的存在。该图片是由一张正射投影[红外-红-蓝/绿(IRB)]的假彩色图像(ESP_030570_1440)覆盖在一张同地点的数字地形模型(DTM)图像上制成的,后者是亚利桑那大学高分辨率影像实验(High Resolution Imaging Science Experiment,HiRISE)获取的影像。图像的垂直放大倍数是1.5。

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狭窄的深色条纹称为“季节性斜坡纹线”,从火星的Garni陨石坑外壁上发散而出。图中深色条纹长度可达数百米,据推测是由于火星上含盐的液态水流动而形成。该图由一张正射投影[红外-红-蓝/绿(IRB)]的假彩色图像(ESP_030570_1440)覆盖在一张同地点的数字地形模型(DTM)图像上制成的,后者是亚利桑那大学高分辨率影像实验(High Resolution Imaging Science Experiment,HiRISE)获取的影像。图像的垂直放大倍数是1.5。

尤为关键的一点在于,这种含盐水体将能够改变火星表面水体的冰点与沸点,从而使得液态水体在火星地表的存在成为可能。

佐治亚理工学院的鲁詹德拉 奥哈(Lujendra Ojha)和同事们将相关研究论文发表在了《自然·地球科学》杂志上。

火星地表发现液态水存在的证据增加了火星上存在微生物类生命的可能性,因为任何液态水的存在都会为环境的宜居性加分。而对于未来前往火星的宇航员而言,火星近地表存在的液态水也将让他们在那里“更容易生活”。

长期以来,科学家们一直想知道在今天的火星表面是否有液态水体流动,而此次这一发现首次证据确凿地回答了这一问题。

这个问题看似简单,实际牵扯非常复杂。首先火星表面的温度远低于摄氏零度,而火星地表的大气压强也非常低,任何液态水都会立即沸腾蒸发殆尽。但在过去的15年间,探测器不断在火星地表各处发现随季节变化的细小沟渠以及暗色条带,这种现象使科学家们不得不产生这样的怀疑:这些现象是否与液态水的存在有关?

奥哈博士利用美国宇航局火星勘测轨道器(MRO)获得的最新数据尝试解决这一难题。MRO探测器搭载了一台科学载荷,名为“CRISM”(紧凑型勘测成像光谱仪),其可以从轨道上确定火星地表物质的成分。

这台设备获取了四处地点的光谱数据,在这几处地点上,夏季期间均存在有暗色条带的出现与消失现象。

CRISM设备的数据显示,这些所谓的“季节性斜坡条带”(RSL)被一层盐类所覆盖。这些盐类的主要成分是高氯酸镁、氯酸钠和一些氯化物。这些盐类溶入水体后可以使液态水的冰点降低达80摄氏度,并使其蒸发效率减低10倍以上。这样的盐类物质组合让这种盐水得以有可能在火星表面稳定存在足够长的时间,使其能够沿着火星上一些陨坑的坑壁留下,从而形成轨道器所观察到的暗色条纹。

遗憾的是到目前为止科学家们仍然不能判断造成这种暗色条带的水体究竟来自何处。MRO飞船考察的区域接近火星赤道,而根据此前的认识,在这一地区如果地下存在结冰状态的水体的话,那么也应该存在于很深的深度上。

其中一种可能性是,是存在于火星地表的盐类从空气中附着了水分。好奇号火星车曾经发现这种机制存在的强烈证据。但存在的问题是,研究人员无法确认这一机制是否可以提供足够的水量来解释我们所观察到的暗色条带现象。

另外一种理论则认为这可能是地下蓄水层的出口,但这种说法与卫星图像上观察到很多这种暗色条纹实际上都是从一些高山的顶部区域流出的事实并不相符。科学家们认为形成这些暗色条带的水体在火星的不同位置上拥有不同的来源。

污染问题

乔·米卡尔斯基(Joe Michalski)是伦敦自然历史博物馆的火星研究人员。他认为此次发布会是令人激动的研究进展,尤其是考虑到这项发现对于火星上当前仍然存在微生物型生命可能性的意义。他说:“通过对地球上嗜极生命的研究,我们了解到生命不仅可以在超酸性,超碱性或其他在我们人类看来非常‘极端’的环境下生存下来,还能在这样的环境中生长繁盛。事实上,在地球上只要我们发现水的地方都发现了生命的存在。这就是为何在过去的20年里,我们会因为在火星上发现水的存在而感到如此兴奋。”

不过,这一发现的一个有趣后果便是,各国的研究机构未来在执行火星探测计划时就需要更加细致地考虑将着陆器或火星车降落到火星表面哪个地点了。当前受到国际公认的一项原则是,各国在向火星表面可能存在液态水的地点派遣探测器时必须格外小心谨慎。

一名英国火星着陆选址专家皮特·格林多特(Peter Grindrod)对英国广播公司(BBC)表示:“行星保护原则认为,我们不应当前往任何地球之外存在液态水的地点,因为我们无法确保我们的探测器得到彻底的消毒,从而确保我们不会对那些地点造成‘污染’。因此如果在未来的着陆器选址中发现着陆器附近存在类似的暗色条带,那么我们就不能在那里降落。而这一原则对于欧洲空间局规划中的‘ExoMars’火星车项目而言就显得极具讽刺意味——因为这辆火星车的设计目的就是去搜寻火星上的生命。”

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这些深色、狭窄、100米长的条纹称为“季节性斜坡纹线”,从火星的陡峭山坡上延伸而下,科学家推断这是由同时期的流动水所形成的。

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图为梅拉斯深谷(Melas Chasma)地区观察到的暗色条带

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图为牛顿陨坑坑壁上的暗色条带。

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这个古老的火星陨坑边缘附近可以看到一些冬季冰霜的沉降,在这幅经过色彩增强的图像中呈现蓝色。MRO探测器的长寿命使其能够追踪观察这类地区的季节性变化乃至年际变化

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这是帕利基尔陨坑(Palikir Crater)坑壁上的季节性暗色条带

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科普里茨深谷(Coprates Chasma Ridge)地区观察到的暗色条带

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科普里茨深谷(Coprates Chasma Ridge)地区观察到的另一处暗色条带区域

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这是阿西莫夫陨坑(Asimov Crater)内观察到的暗色条带

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凡塔深谷(Juventae)内观察到的暗色条带

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这是海尔陨坑(Hale Crater)东南部边缘区域。在搜寻火星表面的暗色条带分布区域时,这个直径约150公里的陨坑及其附近地区是一块经常被观察的重点区域。但目前我们还尚未获得海尔陨坑东南部区域的高清图像。

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这张图像展示的是拉格陨坑(Raga Crater)坑壁上观察到的暗色条带

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这是海尔陨坑内中央峰四周展现的季节性暗色条带。这是火星上目前发现的季节性暗色条带分布最为活跃的区域之一

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这是阿西莫夫陨坑坑壁上观察到的暗色条带。这种条带在夏季发育生长,变得明显,而到了秋冬季气温降低时则逐渐萎缩消失并在第二年太阳光使陨坑坑壁升温时再次出现

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