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科學們已經找到足夠證據,證明在大約30億年前,火星上曾經存在著活躍的水循環系統。

文章作者:管理一號 | 2019-04-15
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科學們現已找到滿意根據,證明在大約30億年前,火星上早年存在著生動的水循環系統

 北京時間4月15日消息,據國外科技網站gizmodo的相關報道,未來,當我們畢竟殖民火星的時分,瓶裝水必定會是一個大生意:尤其是在一個畢竟一滴液態水也早已在數十億年前干燥的荒漠星球上。

關于火星上液體水的失蹤問題,在學界早已引發了許多的談論與研討。有一個事實是清楚清楚的,那就是在漫長地質前史上的某一個時間,早年存在于火星表面的許多液態水遽然奧妙消失了。火星早年或許存在的宜居環境是引發人類對這顆赤色星球殖民激動的重要原因之一,但是現在,前史上早年存在于火星上的那么多水,到哪里去了?

今天,我們來聽聽8位行星科學領域的專家們怎么說:

一) 斯科特·金(Scott King)

美國弗吉尼亞理工大學地球科學系教授

研討領域:行星構成與演化

有許多根據可以證明,比較今天嚴寒單調的火星,前史上的火星表面早年存在過液態水。至于這些水畢竟去了哪里,是太陽系研討領域的一大謎題。

作為一位每天都要花費許多時間考慮與地球上的爬高帶相關論題的地球物理學家,關于火星上那么多水的消失問題,我比大多數人都更加感到驚奇不已。我來說明一下這是為什么。在地球上,水會與海底巖石之間發生互相反應。這些經由水體改造的巖石在板塊運動的帶動下被卷入爬高帶。這一作用會將許多水體帶入到地球內部——這是一種恰當高效的將地表水體轉移至地球內部的途徑。

但是這種機制在火星上行不通,因為火星上根柢就不存在板塊運動或許爬高現象。我們發射的火星軌道器和其他勘探器現已在火星表面上發現了經由水體改造的巖石與礦產,其間包括一些在地球上只會存在于海底的礦產和巖石類型,我們很清楚,這類礦產或巖石的構成必須在恰當深的水深環境下才華夠發生。作為美國宇航局“觀察號”火星勘探器項目的參與者,我正在核算火星地表巖石的密度和地震波傳達性質,以便為日后運用地震波信號查找地下經由水體改造的巖石做好準備。來自“觀察號”著陸器的數據可以幫忙我們判別在那些早年遭受水體改造的巖石內部水分的含量凹凸。

在火星的南北極區域,巨大的極冠中蘊藏著巨量的水體

二)克里斯滕·賽巴赫(Kirsten Siebach)

美國萊斯大學地球,環境與行星科學系助理教授

火星上現在和以前都存在著不少水。即就是今天,火星極地的極冠中就蘊藏著許多水冰,假設將其全部融化,發生的水將足以掩蓋整個火星并構成一個水深至少22米的海洋!悵惘的是火星大氣過火淡漠,大氣壓太低以至于液態水無法安穩存在,因此今天的火星上,水只能以固態水冰以及少量水汽的方法存在。

在以前,火星上早年存在許多液態水,這些液態水在這顆赤色星球上構成了湖泊,河流乃至海洋。近期美國宇航局“獵奇號”火星車發現一條長度逾越300米的巖層,其全部是在古代的湖床底部構成的。這些巖層如同在長達100萬年的時間里一貫堅持著安穩情況,其存在于火星地表之上的時間大約距今35億年。這些根據閃現其時的火星必定早年具有一個密度更大的大氣層以及多得多的液態水,但我們關于火星上畢竟存在過多少水以及這些水體在火星表面安穩存在的時間長度仍然不甚清楚。還有,這些水后來畢竟去哪里了?

其間的一些水散逸到了太空里。這首要是火星沒有一個健壯的磁場,因此其大氣會遭受太陽風的劇烈沖擊。其他還有一些水與火山巖石發生作用并被存儲在了礦產內部結構之中,而剩下也有一些水體迄今仍然殘留了下來,被冰封在極區的永凍層之中。

水是火星前史故事中的主角。我們看到河道穿越陳腐的高地,分出凌亂的支流系統,其形狀標明只需許多水體的存在,只需存在劇烈的大規模降水現象,這全部才有或許出現

三)安德魯·柯蒂斯(Andrew Coates)

倫敦大學學院穆拉德空間科學實驗室物理學教授/太陽系部分副主管

自從誕生之后,火星在以前46億年間現現已歷巨大改動。大約38億年前,火星與地球的相似度要高得多,其時的火星上存在火山活動,具有磁場,地表活動著液態水,并被一層厚厚的大氣層所掩蓋。而就在這同一時期,地球上正孕育著初步的生命體。

關于火星上早年存在液態水的根據正變得越來越多,最初步從美國宇航局的“海盜號”軌道器攝影的圖像上,此后“勇氣號”和“時機號”兩輛火星車又在火星表面發現了越來越多的礦產學直接根據,“獵奇號”火星車則進一步找到了pH值呈中性的水體早年存在的直接根據,而歐洲空間局的“火星快車”勘探器制造的地圖上,閃現火星地表廣泛分布的富水以及黏土類礦產。

今天的火星嚴寒而單調,只需一層淡漠的,首要成分是二氧化碳的大氣層,環境惡劣,全球性磁場也現已消亡。美國宇航局“火星奧德賽”以及“鳳凰”號勘探器的勘探根據閃現火星地表下存在水冰,而“火星全球勘察者”(MGS)勘探器的圖像則提示了一類被稱作“斜坡復現條痕”的現象,這被一部分學者猜測是火星地下存在某種高鹽度液態水體的根據;而就在上一年,根據歐洲“火星快車”勘探器的雷達勘探作用,科學家們還在火星南極冰層下發現了一個液態水湖泊存在的根據。

全部以上這些都閃現,水早年,乃至今天仍然存在于火星之上——只是其間的一部分進入了地下,或許正如“火星快車”以及“美文”號勘探器的勘探數據所提示的那樣,有許多的火星水體散逸到了太空之中。但在38億年前,火星必定具有絕佳的生命孕育條件。這也是為何歐洲與俄羅斯協作的Exomars周游車將計劃在火星上進行深達2米以上的鉆探,然后實地查找火星上以前,乃至現在——盡管或許性要低得多——存在生命的條理。其他,美國宇航局的“火星2020”計劃將初步搜集火星地表樣本,以備后續帶回地球。

在靠近赤道區域的火星碰擊坑向陽面,在溫度滿意高時,科學家們發現在斜坡上出現一些暗色條紋,一些科學家以為,這極或許是活動的高鹽度液態水體

四)大衛·維恩特勞(David Weintraub)

美國范德堡大學天文學教授,《火星上的生命》一書作者

假設我們將一顆行星上的全部水體都提取出來,然后均勻播撒到整個星球的表面,這時分我們就獲得了行星科學家們常喜歡說的“全球性海洋”概念。這一概念在幫忙我們直觀了解一顆星球上水量的多少時會很有用。

恰當詳實的數據閃現,其時科學家們在火星上發現的全部水體——首要是南北極極冠中的水冰,可以在火星上構成一個水深大約20多米的全球性海洋。這就是今天火星上具有的總水量,并且關于這一預算數值我們是恰當有決計的。

我們還知道在前史上火星早年丟掉了許多的水體。通過對火星大氣中幾類稀有氣體含量的尋找,科學家們可以預算火星前史上早年存在的水體足可以在火星上發生一個水深137米左右的全球性海洋。根據這些來自火星大氣的條理,我們可以恰當有把握的指出,火星在其地質前史上現已丟掉了大約75%~85%的水。這些水現已永久的失去了,它們現已散逸進入太空。再一次的,我想說,關于這一點,我們恰當有決計。

但是,假設我們不是根據大氣相關估測數據,而是通過其地面上遺留的痕跡,包括隨處可見的曲折河道以及流水沖刷地貌,地質學家們的核算作用是,要發生這樣的沖刷作用,當年的火星水量應該足以構成一個水深450~900米的全球性海洋。當我們將兩個作用相結合,我們會意識到,火星初步具有的水體中,或許還有多達40%~80%的水量并沒有丟掉到太空中去,它們只是消失不見了,我們還沒找到它們的下落,或許在火星內部。那但是好大一部分水體。

總的來說,相關根據如同閃現,火星丟掉了其在40億年前所具有水量的大約10%~30%。而在剩下的70%~90%水量中,南北極冰蓋中所含的水量只可以說明其間的不逾越5%~10%。其他的許多水體——或許可以占到火星初步水量的90%,或許隱藏在火星內部。

美國宇航局“鳳凰號”著陸器在火星高緯度區域用機械臂開挖,很快發現淺地表下白色的水冰物質

五)蒂莫西·道林(Timothy E。 Dowling)

美國路易斯維爾大學行星物理學教授

在太陽系中,火星是除了地球之外,僅有一個或許具有潛在合適人類居住環境的行星,這也就很好了解,關于火星與地球之間任何纖細的相似或許相異之處都會遭到詳細注重和研討。盡管火星比地球小,但其表面積幾乎和地球上的陸地面積恰當。當然,地球的陸地面積只占到地球整個表面積的30%左右。

在將近半個世紀的行星際勘探行為之后,我們現已具有許多根據可以證明在火星上早年存在活動的液態水,并且水量還不小。從軌道上,運用遙感的方法,我們發現了許多流水地貌痕跡,或許說干燥的陳腐河床。在火星表面上,周游車現已找到多種不同的礦產,這些礦產在缺少液態水的環境下是無法構成的,乃至它們還找到了遭受流水腐蝕磨圓作用明顯的光滑的鵝卵石。

我們乃至拍到了時至今天還在火星表面活動的鹽水,它們出現的時間和方位剛好是在火星赤道附近的正午時分溫度最高的時分。相關發現得到了光譜學觀測作用的證明,光譜學觀測發現了某些水合鹽類的痕跡,相關信號剛好就出現在這些活動的暗色痕跡方位,而在這些暗色痕跡不存在的當地,水合鹽類的信號也就跟著消失了。但我們仍是要問,火星地表的水都到哪里去了?

關于這個問題的答案,事實上這或許是這個問題答案中恰當首要的一部分就是,火星質量不可大,因此無法堅持一個健壯的行星磁場。地球熔融的鐵質內核會發生電磁場,然后在地球周圍構建起一個健壯的磁場系統,幫忙阻遏有害的太陽帶電粒子流對地球的轟擊。作為鮮明對比火星因為沒有磁場的保護,時間露出在太陽帶電粒子流無情的轟擊之下,這樣的情況現已持續數十億年之久。美國宇航局發射的“美文”號勘探器現在正在火星軌道上作業,對火星大氣在太陽風沖擊下的散逸進程進行詳細記載,其傳回的相關數據現已確鑿地閃現,在太陽風作用下,火星大氣物質正在不斷脫離火星。

一副圖景正變得愈發清楚,那就是假設你羅列出地球上的環境特征,你會發現這些特征幾乎都是為生命的生計非常有利和重要的,而其間假設缺失掉任何一條,生命的出現和旺盛幾乎都將成為不或許。這種地球具有而火星缺少的環境條件包括:一個健壯的磁場,一個大型天然衛星,以及板塊運動等等。

但是,跟著我們關于火星的了解愈發深化,我們便愈發被這顆星球所吸引。

比如我們近期發現在火星大氣中存在明晰的,但是分布并不均勻的甲烷氣體信號,其含量遠超我們此前預期。在地球上,大部分甲烷氣體的發生都與生命活動有關。行星科學家們現在正在極力妄圖弄清楚,火星上這些甲烷氣體的來歷畢竟是什么?請拭目以待。

“美文”勘探器的查詢作用閃現,火星一貫在履歷著嚴峻的大氣丟掉

六)布魯斯·賈科斯基(Bruce M。 Jakosky)

美國科羅拉多大學地質科學系教授,“美文”(MAVEN)火星勘探器項目首席科學家;

火星上存在液態水的根據在火星地表的形狀上就可以看得到——那些明顯是干燥的陳腐河床和沖刷痕跡,古代湖泊的遺址,以及符合流水腐蝕的地表特征,都閃現這兒在以前早年存在過恰當生動的水循環系統,乃至還可以看到大規模洪水爆發的痕跡。

除此之外,火星車現已在火星表面發現了多種只或許在液態水參與的情況下才華構成的礦產。其間有些呈“凝集核”形狀存在,這是液態水溶解相關礦產,之后在其他當地再次堆積凝集時簡略發生的形狀。

在今天的火星上,我們現已斷定出高氯酸鹽成分,就稠濁在土壤之中。這些成分會吸收空氣中的水汽并使其自身溶解,構成高鹽度的液態水體,在火星上某些區域的白日是可以堅持安穩存在的。

更具有爭議性的是那些看上去如同是活動的液態水留下的痕跡,也就是前兩年媒體報道的所謂“復現性斜坡條痕”(RSL),科學家們以為其或許是其時仍然存在于淺層地下的高鹽度液態水體在碰擊坑向陽面斜坡上的活動構成的。此外,雷達數據閃現,在火星南極地下大約1公里深度上如同存在一層“濕潤”的層面,或許那里存在著地下水層。

也就是說,火星上迄今或許仍然存在水,其方法包括大氣水,南北極的水冰,以及埋藏在地表之下的水冰,還有在全球廣泛分布的,存儲于礦產結構中的結晶水。乃至,在某些區域的地下或許還不能打掃存在著地下水層。但到現在為止關于這一點我們仍然缺少直接根據。

以上這些,都現現已過遙感或直接成像的方法得到驗證。但火星上恰當一部分水體都現已分解為氧和氫原子的方法并散逸到太空之中。我們了解這一進程,因為這一進程會留下痕跡:氫的同位素失常。

氘是氫的一種同位素,質量相對氫更大(原子核中含有一個中子)。正是因為其質量更大,在向太空逃逸時,氘的逃逸成功率會低于更輕的氫。而在天然界中,氘和氫的天然比值是可以經由理論核算出來的。通過查詢現在火星大氣中氘的失常富集,也就是關于“D/H”(氘/氫)的比值,我們可以發現,大約85%~95%的火星地表水或許現已消失在了太空之中。

“美文”(MAVEN)是人類前史上第一顆專門的火星大氣勘探器,2013年初步實行勘探任務

七)阿曼達·斯托克頓(Amanda M。 Stockton)

美國佐治亞理工學院化學與生物化學助理教授

首要研討喜好是通過有機質分析查找地外生命

事實上地球上的水也需求說明。太陽系就像一個大型蒸餾塔,因為太陽的高溫,距離太陽較近的行星上的水會被蒸發走,烤干,然后在那些距離較遠的行星體上調集。按照這個原理,地球上根柢就不該存在那么多的水。因此,說明清楚地球上為什么會有那么多的水,是一個要比說明清楚火星上為什么只需那么少的水更大的應戰。

火星的個頭為什么那么小?要想說明這一點,就離不開前史上木星和土星軌道在太陽系中的來回搬家問題。這兩顆巨行星早年轉移到太陽系內側,之后再次向外,抵達今天的方位上。這一進程掠取了許多原本可以用作火星“建筑材料”的小天體,使得火星總體上“發育不良”。因此,今天我們無法100%精確說出火星原先的方位,直到未來我們關于太陽系演化前史的模型得到改進。因此從這個角度上說,地球-火星水量問題從界說上就不可明晰,因為我們不知道火星在前史上相對太陽以及木星土星,早年位于太陽系什么方位。

另一個問題是,因為火星質量相對較小,它在比較前期就不再具有全球性磁場。這樣就導致太陽風轟擊其大氣層,使其離子化并導致許多氣體物質的逃逸。美國宇航局的“美文”(MAVEN)勘探器正在監測這一進程。

八)布里歐妮·霍根(Briony Horgan)

普渡大學地球,大氣與行星科學系助理教授;

其作業是運用美國宇航局的衛星和周游車數據,結合實驗室以及地球野外查詢的相關閱歷,檢驗了解刻畫了火星與月球地表的天然進程機制;

水是火星前史故事中的主角。在火星地表上我們可以簡略找到許多證明火星進程早年存在一個生動水圈的根據,時間大約是在30億年前。我們看到河道穿越陳腐的高地,分出凌亂的支流系統,其形狀標明只需許多水體的存在,只需存在劇烈的大規模降水現象,這全部才有或許出現。這些河流向前活動,注入碰擊坑內,并構成堆積三角洲。今天這些“湖泊”早已干燥,那些三角洲早已露出地表,“獵奇號”火星車現在正在其間一個這樣的三角洲上查詢。

我們很清楚,切割出這些河道,填滿這些湖泊的,是液態水——不是其他某種液體。為什么呢?因為我們現已找到許多只或許在液態水存在的情況下才華構成的礦產。比如在水蒸發的時分會留下鹽類,當水體長期處于中止情況,簡略發生黏土類礦產,而當二氧化碳溶于水體,就會發生碳酸鹽類礦產。未來行將實施的美國宇航局“火星2020”項目,行將著陸到陳腐的“杰澤羅”(Jezero)碰擊坑內,這兒是一個干燥的湖床和河流堆積三角洲,科學家們將在這兒查找古代或許存在的微生物的痕跡。

我們知道大約在30億年前,火星上早年有許多水體活動,但今天的火星卻成了一個嚴寒荒蕪的星球,僅剩下很少的液態水體。之所以如此,是因為火星幾乎丟掉了其前期大氣層的大部分,而今天的火星大氣現已過火淡漠,難以支撐液態水在其地表的安穩存在。美國宇航局的“美文”勘探器的相關數據現已證明,太陽風以及其他機制構成的大氣物質逃逸不足以完全說明火星今天如此淡漠的大氣,因此我們有理由以為在火星前史上或許早年發生過大型的天體碰擊作業,這些作業構成了火星大氣層的巨大損耗。之所以這樣的作業在地球上沒有發生,是因為地球的質量要比火星大得多,引力也相應強得多,大氣的逃逸難度要比火星上大得多。

火星一部分水體散逸到了太空之中,但大部分水體應該是以水冰的方法被冰封在地表之下。我們現已在火星高緯度區域發現的巨量的水冰富集,而美國宇航局的“鳳凰”號勘探器乃至直接挖出了淺地表下的水冰。假設你將這些水冰全部融化,我們可以很簡略在火星上創造一個海洋。這些水冰貯藏關于未來的載人火星勘探乃至殖民久居都將非常重要,因為它們將可以為我們的宇航員和久居者們供應必要的用水供應。

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