火星探測最新發(fā)現(xiàn)

謝 懿

火星探測的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了三個(gè)環(huán)繞火星的探測器身上：美國航宇局的“火星勘測軌道飛行器”(MRO)、“火星奧德賽”以及歐洲空間局的“火星快車”。由于“火星奧德賽”和“火星快車”已經(jīng)是第三次延長了探測任務(wù)，“火星勘測軌道飛行器”很自然地成為了“重中之重”。

在MRO“利眼”的審視下，火星向世人展示出了前所未見的天氣、氣候模式以及水和冰的復(fù)雜歷史

火星南半球的春天

當(dāng)春天降臨南半球，火星南極的冰冠發(fā)生了顯著的變化。和地球不同，火星的兩極都擁有一個(gè)永久冰冠和一個(gè)季節(jié)性冰冠。季節(jié)性冰冠由冬季從大氣中凝固的二氧化碳形成。這些固態(tài)的二氧化碳(干冰)會在火星地表累積，深度達(dá)到大約1米。太陽在火星天空中的位置越來越高，溫度也開始回升，這些干冰就會從固體升華成氣體。季節(jié)性極冠內(nèi)外會同時(shí)升華，束縛在冰冠下方氣體的壓強(qiáng)逐步升高，最終會從某個(gè)較薄弱的地方噴涌而出。同時(shí)，還會帶出沉積在火星表面的塵埃。這些深色塵埃的滲出，形成了蜘蛛狀的圖案。

MRO上的高分辨率成像科學(xué)實(shí)驗(yàn)(HiRISE)在2009年火星南半球春季期間捕捉到了所有這些特征。一些行星科學(xué)家通過研究這些照片希望進(jìn)一步地了解火星凝固、融化過程的季節(jié)循環(huán)。另一些科學(xué)家則等待季節(jié)性冰冠的完全消失，這樣他們就可以研究其下方的地貌。這是自2006年進(jìn)入火星軌道以來MRO觀測到的第二個(gè)火星南半球春天。

干冰激發(fā)起了火星科學(xué)家的興趣，但水冰才是他們真正關(guān)注的。在過去的幾個(gè)月里，科學(xué)家們在火星表面之下發(fā)現(xiàn)了大量的水冰。更令人興奮的是，這些冰所能延伸的范圍比先前想象中的更為靠近赤道。

科學(xué)家們使用M RO上的淺層地下雷達(dá)(SHARAD)來探測火星地表之下的情況。正是這些布滿巖石的地表保護(hù)了其下方的水冰，因?yàn)槿魏伪┞对诨鹦窍”〈髿庵械谋紩陉柟獾恼丈湎卵杆僬舭l(fā)。

科學(xué)家們還仔細(xì)研究了“沖積扇”——山脈或者峭壁底部坡度較緩的沉積地帶。發(fā)現(xiàn)火星南半球哈拉斯盆地周邊的沖積扇中埋藏的冰川長達(dá)數(shù)十千米且厚度達(dá)到了800米，對北半球沖積扇的探測也得到了類似的結(jié)果。

從20世紀(jì)70年代“海盜”號火星探測任務(wù)以來，科學(xué)家已經(jīng)知道了火星上有沖積扇。但沒有人知道這些特征是否是由水冰或者巖石碎片和少量水冰混合流動(dòng)而形成的。SHARAD則揭開了其中的原委。雷達(dá)可以穿透這些沖積扇，反射回來的信號中不存在沉積物中巖石的回波，這說明沖積扇最有可能是由水冰組成的。

盡管并非位于火星的兩極，但所有這些地下的冰川卻無疑是火星上最大的水冰儲地?？茖W(xué)家們懷疑，這些冰川可能是上個(gè)冰河期覆蓋火星中緯度地區(qū)冰原的遺跡。這些冰可以做為未來火星探測的水源，同時(shí)也為火星曾經(jīng)擁有足以承載生命的水的想法提供了一定的支持。

1200萬年的氣候變化遺跡

這些地下的冰告訴了科學(xué)家一些火星的過去，而持續(xù)數(shù)百萬年的氣候循環(huán)則在火星其他地方的巖石中鐫刻下了它們的印跡。HiRISE在火星阿拉伯地區(qū)的4個(gè)環(huán)形山沉積巖層中發(fā)現(xiàn)了有關(guān)聯(lián)的圖案。

在這些環(huán)形山中厚度相仿的沉積層多達(dá)數(shù)百層。在其中之一的貝克勒爾環(huán)形山中，一個(gè)以10層為一單位樣式的沉積至少重復(fù)出現(xiàn)了10次。這一現(xiàn)象可能對應(yīng)于火星自轉(zhuǎn)軸傾角的變化，因?yàn)楹笳咭步?jīng)歷了相似的循環(huán)變化。

這一發(fā)現(xiàn)源于HiRISE的立體圖像，通過在軌道上以略微不同的角度觀測同一地點(diǎn)，科學(xué)家們就能確定出每個(gè)沉積層的厚度。在不知道地形的情況下，測量很容易出錯(cuò)。但有了立體信息之后，這些沉積層重復(fù)出現(xiàn)的模式就變得清晰可見。

這些沉積層受侵蝕的速度也各不相同。顯然，外界環(huán)境中一些周期性的變化會影響沉積過程。侵蝕使得地形呈現(xiàn)出了階梯狀，較難侵蝕的物質(zhì)會位于易侵蝕物質(zhì)的上方。這反應(yīng)出了由風(fēng)所帶來的顆粒的大小變化或者是當(dāng)?shù)貭顩r和這些顆粒之間的聯(lián)系。

目前火星自轉(zhuǎn)軸相對于其軌道平面的傾角為25.2°。但這個(gè)值會在大約12萬年的循環(huán)周期里變化10°。

科學(xué)家們認(rèn)為每一層沉積都是在1 2萬年的時(shí)間里形成的。而以10層為一個(gè)周期重復(fù)出現(xiàn)的模式則說明，在火星自轉(zhuǎn)軸傾角變化周期的同時(shí)有一個(gè)1 20萬年的氣候變化周期。貝克勒爾環(huán)形山所看到的十幾個(gè)重復(fù)出現(xiàn)的沉積層紀(jì)錄下了火星1200萬年的氣候變化。

火星水之謎仍值得期待

當(dāng)一些科學(xué)家在利用火星表面的巖石來了解它過去氣候的同時(shí)，另一些則在研究它的組成，他們最近終于發(fā)現(xiàn)了一直在尋找的碳酸鹽礦物。這不僅意味著他們可以了解火星的成分，而且還預(yù)示著他們能知曉火星上的液態(tài)水和火星生命存在的可能性。

M R O上的小型火星勘測成像分光儀(CRISM)在艾西迪斯盆地周圍的巖床中發(fā)現(xiàn)了這些碳酸鹽。艾西迪斯盆地是一個(gè)撞擊盆地，直徑1489千米，形成于36億年前。

地球上的碳酸鹽巖石是由于水和二氧化碳以及鈣、鐵或鎂的相互作用而形成的。由于碳酸鹽能迅速溶于酸，因此它們的存在對火星在大約35億年前曾出現(xiàn)過多次強(qiáng)酸性天氣的觀點(diǎn)提出了挑戰(zhàn)。而如果火星曾經(jīng)多次擁有濕潤的環(huán)境，它會增加生命出現(xiàn)的可能性。

“鳳凰”號火星著陸器在火星北極地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了水。它收集了富含冰的土壤樣本，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)確實(shí)含水。這并沒有讓人感到意外，不過在其著陸支撐腿上出現(xiàn)的一些小液滴則著實(shí)讓人吃驚。一些科學(xué)家認(rèn)為這些液滴就是水滴。其他人則表示反對?！傍P凰”號團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家提出，在當(dāng)?shù)匕l(fā)現(xiàn)的高氯酸鹽可以使得冰的熔點(diǎn)升高，進(jìn)而產(chǎn)生水。隨后的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一點(diǎn)。

2009年底，“勇氣”號火星車的車輪創(chuàng)開了火星表面的一塊地層，發(fā)現(xiàn)了大量的松軟硫酸鹽物質(zhì)。這證明了火星歷史上曾經(jīng)存在水循環(huán)。

就像生命永遠(yuǎn)存在奇跡一樣，“勇氣”號和“機(jī)遇”號目前仍在工作。自兩輛火星車2004年著陸火星以來，“火星奧德賽”一直為它們承擔(dān)通訊中繼工作。但從2009年11月28日起由于計(jì)算機(jī)內(nèi)存錯(cuò)誤，“火星奧德賽”便進(jìn)入了“安全模式”，這使得探測器的運(yùn)轉(zhuǎn)被限制在了最小的層面。

作為“火星奧德賽”最自然的后備，MRO在2009年8月26日今年第4次自發(fā)重啟之后也一直處于“安全模式”待機(jī)。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，如果MRO上計(jì)算機(jī)接連兩個(gè)重啟的間隔小于1分鐘的話，就會丟失所有數(shù)據(jù)。2009年1 2月8日，MRO終于從“安全模式”中恢復(fù)。又投入了科學(xué)運(yùn)轉(zhuǎn)。

由于都在超期服役，目前的火星探測艦隊(duì)可謂是危機(jī)四伏，但新鮮血液的補(bǔ)充在短時(shí)間之內(nèi)恐怕還難以實(shí)現(xiàn)。中國和俄羅斯的聯(lián)合火星探測計(jì)劃發(fā)射時(shí)間已經(jīng)推遲到了2011年，而NASA和ESA的聯(lián)合火星探測計(jì)劃則不會早于2016年。