火星数十亿年前有大量河流 可能存在生命

2008年07月18日 10:36:06  来源:新浪科技



火星上一个名为Jezero的陨石坑内的三角洲,这里曾是个湖泊。科学家称火星上远古时代的河流携带着粘土状的物质(绿色部分)流进这个湖泊,从而形成了这个三角洲。



火星勘测轨道飞行器(MRO)模拟图

    据美国宇航局网站报道,在美国宇航局的火星勘测轨道飞行器(MRO)发回的数据为依据进行的两项研究显示,这颗红色行星上曾经拥有大量湖泊、不断流淌的河流和多种其他潮湿环境,这些区域曾经都有可能支持生命存在。

    其中一项研究发表在7月17日的《自然》杂志上,研究显示,古代火星大量丘陵地区(大约占这颗红色行星表面积的一半)都含有粘土矿物,这些物质只能在有水的环境下形成。在随后火星上更加干旱的历史时期,这些粘土丰富的区域被火山岩覆盖,但是后来的陨石撞击,让火星上数千处的粘土重新暴露在外。这项研究数据是从火星专用小型侦察影像频谱仪(CRISM)和火星勘测轨道飞行器上的其他仪器拍摄的图像中获得的。

    马里兰州劳雷尔约翰霍普金斯大学应用物理实验室火星专用小型侦察影像频谱仪的主要调查员斯科特·默基说:“这些最新结果之所以令人感到非常吃惊,是因为它显示出火星上的水是多么普遍,持续时间是多么长,以及它上面的潮湿环境的种类是多么繁多。”

    这种像粘土的矿物被称作层状硅酸盐(phyllosilicates),它保存了火星历史上的诺亚时期(大约46亿年到38亿年前)水和岩石相互作用的记录。这个时期处于太阳系形成的最初阶段,当时地球、月球和火星持续不断地遭受彗星和小行星的猛烈撞击。此时地球上的大部分岩石都被板块构造破坏掉了。它们有的在月球上得到完好保存,但是从没显露出有液态水存在的痕迹。火星上含有层状硅酸盐的岩石保存了在太阳系形成早期可能适合生命存在的液态水环境的唯一记录。

    布朗大学火星专用小型侦察影像频谱仪科研组成员和这项发表在《自然》杂志上的论文的主要作者约翰·姆斯塔德说:“这些出现在火星远古外壳内的矿物显示出多种潮湿环境。大部分地点的岩石都在液态水的作用下发生轻微改变,但是在为数不多的一些地点,它们被改变的程度非常大,因此那里曾经一定有大量水从这些岩石和土壤流过。这是一项真正令人感到兴奋的事情,因为我们将能通过这项研究发现很多适于未来太空探索任务降落的场所,这些任务能在这些地点了解是否火星上曾经适合居住,或者是否能在这颗红色行星上找到远古生命迹象。”

    另一项研究发表在6月2日的《自然-地球科学》杂志上,该研究发现,火星上的潮湿环境持续了很长时间。这些粘土形成后的数千到数百万年间,一个河渠系统将它们从丘陵上侵蚀下来,在水流较缓的地方形成一个三角洲,河流在这里汇入一个比加利福尼亚州的太浩湖(直径大约是25英里)稍微大一些的火山湖里。

    布朗大学火星专用小型侦察影像频谱仪科研组的另一名成员贝斯南·艾尔曼说:“从远古湖床上粘土的分布状况,可以看出水一定在这里停留了数千年。”艾尔曼是有关火星北部被称作耶泽洛(Jezero Crater)的撞击盆地内的一个远古湖泊的研究论文作者。他说:“粘土能很好地诱捕和保存有机物质,因此如果这个地区曾存在生命,它的化学物质很有可能就保存在这些三角洲内。”

    火星专用小型侦察影像频谱仪的高空间和光谱分辨率比以前发射到火星上的任何分光计都更好,它显示出层状硅酸盐矿物的种类和成分的差异。通过将火星专用小型侦察影像频谱仪收集的数据与火星勘测轨道飞行器的环境频谱仪及高分辨率成像科学设备获得的数据相结合,该科研组确定了3种与水有关的矿物类型,这些矿物能上溯到诺亚纪早期。这三种矿物分别是铝-层状硅酸盐、水合硅石或蛋白石,以及更加普遍,分布更加广泛的铁/镁-层状硅酸盐。这些矿物中存在的差异表明它们是在不同过程或不同水环境中形成的。

    默基说:“我们科研组正在努力将这项发现变成一张地点清单,未来太空任务可以在这些地区降落,寻找有机化学物质,或者还能确定是否火星上曾存在生命。”加利福尼亚州帕萨迪纳美国宇航局喷气推进实验室负责为华盛顿美国宇航局的科学项目理事会(Science Mission Directorate)管理火星勘测轨道飞行器任务。应用物理学实验室与一个由各个大学、政府和私营部门的研究人员组成的国际性科研组联合操作火星专用小型侦察影像频谱仪。(孝文)

新研究发现火星曾有发达水系

    美国科学家根据“火星勘测轨道飞行器”观测数据进行的最新研究表明,如今干冷的火星在遥远的过去曾经拥有数量众多的湖泊、河流等水系。

 
7月16日发表于英国《自然》(Nature)杂志上的论文说,“火星勘测轨道飞行器”在火星地壳古老岩石中探测到层状硅酸盐。层状硅酸盐是一种粘土矿物。科学家分析认为,远古火星的辽阔高地上大多数地方都有粘土矿物,而这类矿物只可能在有水条件下形成。
 
火星在演化过程中变得越来越干燥,火山岩浆将这些富含粘土矿物的地带覆盖,但后来外来天体在火星上的数千个地点撞出了大坑,一些粘土矿物得以“重见天日”。科学家认为,这些层状硅酸盐应该不同程度地保存着38亿年到46亿年前火星上水和岩石相互作用的“证据”。
 
负责“火星勘测轨道飞行器”光谱仪的科学家斯科特•默基说,这些新的分析结果最令他们惊讶的是,火星历史上的“有水期”竟如此漫长,而且“水系”类型众多、分布广泛。
 
由于粘土矿物的形成离不开水,并且其中可能保存了诸多研究“证据”,因此科学家认为,假如火星上过去曾有生命存在,这些矿物就有可能含有构成生命的某些化学成分。
 
默基说,他们下一步将标出哪些地点最可能保存了有机化合物,为将来的火星登陆探测任务提供参考着陆地点。(来源:新华网 张忠霞)
 
(《自然》(Nature),454, 305-309 (17 July 2008),John F. Mustard, S. L. Murchie, T. Titus & M. Wolff)
 
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《自然》论文摘要
 

美国凤凰号成功采集到火星冰样

北京时间7月17日消息,据美国宇航局太空网报道,美国宇航局16日表示,该局的“凤凰”号火星登陆器已经成功地在这颗红色行星地表下面像岩石一样坚硬的冰层内钻孔,并用机械臂上的铲子收集到钻孔过程中产生的冰冻碎屑。

 
这些冰层很硬,“凤凰”号的小铲子根本铲不动。因此“凤凰”号就利用铲子背面用动力推动的锉机在冰上钻孔,磨掉一些冰屑,放入铲子里。“凤凰”号于16日向地球发回的图像和数据,证实铲子里确实有冰样,并显示在收集的几个小时里,这些冰屑发生了轻微变化。冰暴露在火星空气中会开始升华,或转变成水汽。这个锉机在“白雪公主”沟里分别钻了两个洞,“凤凰”号在上周的早些时候和周末将这条沟进行了拓展。
 
这项冰样收集试验的目的是测试收集样本的锉摩方法。将来几天为“凤凰”号的热力与先进气体分析仪(Thermal and Evolved—Gas Analyzer)收集样本时,也将使用相同的方法。热力与先进气体分析仪在它的小型烤箱内烘烤样本,并对样本挥发出的水汽进行分析,已确定样本的成分。
 
休斯顿美国宇航局约翰逊航天中心的“凤凰”号科研组成员理查德•莫里斯说:“这是一项进行非常顺利的试验。虽然相关人员推断冰屑经过几个小时升华了,但是这显示冰很有可能会被保存下来,作为样本输送到‘凤凰’号的烤箱内。”任务科学家将命令“凤凰”号继续锉摩和拓展“白雪公主”沟,并在16日进行另一项锉机试验。
 
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凤凰号在火星“仙境”区域挖掘冰土

欧洲宇航局公布最新火星峡谷超清晰照片 

据英国《每日电讯》报道,欧洲宇航局近日发布了部分火星表面的超清晰照片,这些图像显示了火星Echus峡谷的风貌。
 
行星地质学家表示,这些陡峭的山谷是由地下水侵蚀“雕刻”而成的。它们和地球上干旱、半干旱地区的峡谷有相似性。
 
Echus峡谷位于火星赤道以北地区,被认为是火星上最大的水源地之一。
 
这些图片是用大量可从不同角度观看的电脑照片合成的,照片由欧洲宇航局火星探测器上的高清立体照相机拍摄。
 
图片上显示的峡谷地带是水流由Lunea高原流入Echus峡谷中的Kasei谷底盆地侵蚀形成的,Kasei谷向北延伸长达2000多英里。
 
照片上显示的峡谷地区有100公里长,10公里宽,深度有1000米。而Kasei谷主要地区的两侧峭壁则高达4000米。
 
这些图像也显示了其他引起火星地表物理形成研究者兴趣的特点,包括两个冲击坑和能证明火山活动的15英里长岩浆岩脉。
 
周一,科学家们公布了带回火星岩石的计划,也许还能带回生命体,这是人类登陆火星的初步行动。火星研究专家莫妮卡•格雷迪教授说:“如果你连一块岩石都带不回来,那么就别想以后能把登陆火星的人类带回来。”

欧洲宇航局高清立体照相机发回的火星最大水源地之一的Echus峡谷的照片。该峡谷大约100公里长,10公里宽,位于火星大峡谷北部地势平坦的Lunae高原。

Echus峡谷的主山谷Kasei谷,大约有4000米深。

红色圆圈标注的地方可能过去有火山活动

两个冲击坑直径约8公里,位于岩脉东南方。东边的冲击坑已经被部分侵蚀,成为峡谷,岩屑已被冲走。

深色阴影的地区是深深“切割”的峡谷,看起来和地球上的峡谷地貌很相似。

 
Kasei峡谷的东岩壁高达4000米,或许曾经有巨大的瀑布顺着岩壁流入峡谷底部。非常平滑的峡谷底部或许曾被玄武岩浆冲刷过。
 
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据美国《大众科学》杂志报道,美国宇航局的火星勘测轨道器(MRO)拍下一些靓丽的火星照片发送回了地球。火星勘测轨道器2006年3月到达火星,它上面装有6架仪器,包括摄像机和雷达,其中的HiRISE可以拍摄到特别清晰的火星照片,从而让科学家最详细地观看到火星上的独特风景。通过研究火星的地质和气候,科学家希望确定火星是否曾经有过生命的存在,有一天人类是否可以移居到火星上去。
 
1.火星岩层之谜

 

火星勘测轨道器看到了火星北极满是尘埃的冰层一层层叠加起来,直达3公里的厚度,揭示了火星北极博勒拉峡谷(Chasma Boreale)悬崖的地质形成结构。在此图像中,这些堆积的冰层显示有不同的内层,这意味着在此冰层形成时,火星上的气候发生了变化。此沉积层截面还反映了与众不同的沙层和满是尘埃的冰层。这种层次交错的地形特征出现在此沙层之中,表明其每一层来源于一个沙丘,而此沙丘随后被冰覆盖了。
 
2.欧罗姆(Aureum Chaos)上的雪崩

第一眼看这些蓝色的波形有点像是海上的波浪,这是火星勘测轨道器拍摄到的露出欧罗姆混乱高原地表的火星层岩和丘冈,长约6公里。Aureum Chaos地质史十分复杂,科学家认为,该低地曾经充满沉积岩、冰、尘埃、沙粒或火山灰,后来由于地表下岩浆冷却、冰融解或水"流失"而形成空洞,致使上面的沉积岩倒塌在空洞中,结果在地表形成如此混乱状态的地形。此图片上的颜色差异表明侵蚀还在加剧。
 
3.米亚莫托(Miyamoto)弹坑的财宝

在此照片上,专门研究火星地形矿物组成的火星专用小型侦察影像频谱仪揭示了米亚莫托(Miyamoto)弹坑中的页硅酸盐。科学家认为这些矿物质是在水中形成的。火星科学实验室探测器将进一步探测这一地形。
 
4.显露流体流动迹象的溪谷

戈耳贡(Gorgonum Chaos)充满乱七八糟的溪谷、悬崖和平原,其附近的溪谷具有充足的证据,可证明一些流体曾经流经过火星。由于它们与地球上水形成的地形酷似,这些溪谷表明火星流体曾在几百万年前出现过。
 
5.解密北部沙丘

此图片上展示的沙丘区域位于火星北极冰盖附近。在每一个火星冬季里,温度低到零下143摄氏度,固体二氧化碳就形成了北极冰盖。当春季到来温度上升到18摄氏度时,此冰盖直接升华成气体。图左边那些偏远的新月牙形沙丘是由从南至北的风形成的,同样通过升华而解冻。
 
6.解密北部沙丘II

火星沙丘上的黑点是霜冻在升华的地方,从而显露出更加黑暗的玄武岩沙地。由于这些沙丘酷似地球上的沙丘,可帮助科学家深入了解火星气候条件。
 
7.雪崩揭露火星水循环

冰和沙从690米高的斜坡上奔腾而下,形成了壮观的雪崩景象。HiRISE拍摄到的火山活动不到4处,表明这种狂暴活动很少出现在火星平静的地形中。科学家将研究这些火山灰烬,以了解火星水循环是如何在水汽和冰之间进行的。
 
8.条纹直下

火星表面的巴拉姆(Bahram)峡谷长320公里,上面有明暗的条纹从斜坡上直泻而下。此暗色斜坡上显现较亮条纹的罕见图片能帮助科学家检查此条纹是如何形成的,结果表明可能是雪崩或风化形成的,也可能是液体留下的污迹。
 
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美“凤凰”号探测器发回首批火星图片 

火星过去可能曾下“毛毛雨”

机遇号发回的火星照片,照片中地面的裂缝是由于硫酸盐的收缩造成的。

(图片来源:UC Berkeley)

北京时间6月26日消息,据美国科学日报报道,由加州大学伯克利分校地球学家负责的最新火星土壤分析数据表明,过去火星大气层中曾拥有足够水分,以细毛雨或落在地上的露水形式出现。进而揭示火星大气层与表面水资源的交互作用。
 
这项研究推翻了之前的一些主流观点,科学家曾认为火星初期存在着液态水,这些水资源主要来自上涌的地下水,而不是来自大气层中的雨水。为了得出这些结论,加州大学伯克利分校研究员使用美国宇航局火星探测器所获得的土壤测量数据进行分析,这些火星探测器包括:“海盗1号”、“海盗2号”、“探路者号”、“机遇号”和“勇气号”。这5次火星探测任务提供了1976-2006年间较广泛的火星勘测地点土壤分析。
 
加州大学伯克利分校生态科学教授罗纳德·阿穆德逊说,“通过对火星土壤的化学分析,我们可以获得关于火星气候历史的重要信息。关于火星地质的主流观点已由之前的探测任务获得——混合了灰尘和岩石的火星土壤所具有的化学性是由历史长期积累形成,同时结合了上涌地下水的效应。这种地质结构与地球上任何土壤形式都不一致。我们试着通过地球上存在的地质学和水文学原理再次重新评估讨论火星地质数据。”该研究报告最终将发表在6月底出版的爱思唯尔期刊《地球化学与宇宙化学学报》(Geochimica et Cosmochimica ActaGCA)网络版上。
 
前几周,美国宇航局“凤凰”号探测器在火星北极采集了土壤样本,并进行化学成份分析,该测试目标意在确定是否火星曾经孕育生命体,6月20日,凤凰号科学家宣称在火星土壤之下发现冰。然而,美国加州大学伯克利分校研究人员并未直接获得火星表面存在生命的证据,但暗示适宜生命存在的气候如果存在,之前就应该探测到。
 
目前,火星表面温度太低以至于水无法以液态形式存在,但是科学家们普遍认为在火星地质最早期——46-35亿年前的诺亚世(Noachian epoch),火星大气层中充满着足够的温室气体能够加热大气层气体,可实现湖泊和河水流动。阿穆德逊解释称,但不同于地球,火星并不存在板块构造理论,板块构造有助于形成火山和用于持续加热大气层中来源于陆地的温室气体。他指出,许多科学家认为火星从46-35亿年前从诺亚世至西方纪时期(Hesperian era),火星表面上的水既没有冻结,也没有蒸发。据悉,当前火星处于第三地质学时期亚马逊世时期,该时期始于18亿年前。
 
这项最新研究暗示着液态水存在于西方纪时期火星大气层中,为了支持这项观点,研究小组对“海盗号”、“探路者号”、“勇气号”探测器着陆地点的土壤进行了分析,这些土壤样本中具有构成岩石成分中不为人知的基础元素,显示出水曾经向下流动穿过泥土,并携带着基础元素。阿穆德逊同时指出火星土壤曾记录了长期干旱,就如同目前富含硫酸盐地质。这种与众不同的硫酸盐堆积土壤出现于智利北部的阿塔卡马沙漠,这里年平均降雨量为1毫米,是地球上最干旱的地区。
 
阿穆德逊称,类似阿塔卡马沙漠和阿塔卡马干旱谷的地形也出现于火星表面。他还强调指出,硫酸盐普遍存在于地球的海洋和大气层中,并出现于雨水之中。然而硫酸盐是一种典型的可溶解物质,当表面遭受雨水时会将硫酸盐冲洗。火星土壤中与众不同的堆积特性表明湿气向土壤之下移动。火星土壤中化学成份的分布性表明,表面硫酸盐堆积之下有氯化盐物质,这说明大气层具有一定的湿度。
 
阿穆德逊说,“硫酸盐在水中的溶解度要低于氯化物,因此水通过蒸发的形式变化,我们期望在火星表面和硫酸盐之下发现氯化物。但是当水向下移动,这完全颠倒了氯化物向下移动以及硫酸盐停留接近于火星表面。但是长期大气循环不仅添加了灰尘和盐,液态水还周期性进入土壤表层,使盐物质向下移动。”他指出科学家们仍对地球上大气、地质状态与火星环境状况进行对比产生许多争议,这项最新研究表明火星土壤可能是一个“博物馆”,记录着关于该行星上水资源历史的化学信息,同时地球也具有该特性可以解释类似的地质记录。
 
像火星上同样干旱岩床地质与地球有许多类似之处,类似的地球沙漠干旱地区具有一定的水文学和地质学特性。阿穆德逊说,“我们的研究表明火星并不是一颗与地球有本质区别的行星,我们将研究类似阿塔卡马沙漠等地形,进一步洞悉火星的气候历史变化。”(来源:新浪科技 魏冬)
 
(《地球化学与宇宙化学学报》(Geochimica et Cosmochimica Acta),doi:10.1016/j.gca.2008.04.038,Ronald Amundson, Christopher McKay)
 
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