ELSEVIER 揭开火星极地冰冠不对称之谜

论文作者:M. Giuranna 期刊:《国际太阳系研究杂志》 发布时间:2008-10-6 16:2:7

    近日,行星科学家揭示了火星极地冰帽神秘季节性不对称的最新解释。

 
与地球类似的是,火星也拥有冰冻的极地冰冠,但不同于地球的是,火星极地冰冠是由二氧化碳构成,而并不像地球是由冰水物质构成。在火星南半球的夏季,多数冰冠将发生升华,该进程是液态冰直接转换成气态形式,升华之后会在极地出现主要以冰态二氧化碳为主的残留物质,这种冰态二氧化碳也被称为“干冰”。
 
然而,当冬季冰冠对称地分布在火星南极,残留冰冠将偏移3-4度。科学家们曾认为以上现象的一种解释是:冬季在极地西半球降落了更多的雪,这样的话,在夏季和春季,一些表面的积雪将保留在极地西半球。但是最新关于火星气候的研究资料显示,极地冰冠可能存在着轻微的机制差异,这项复杂性解释将涉及到风、雪和太阳的奇特交互性反应。
 
雪和霜冻
 
这项最新研究结果来自于欧洲宇航局“火星快车号”探测器机载的傅立叶行星分光计,意大利Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario(IFSI)研究机构的马科·吉乌拉那和同事对火星南极大气层的温度和其他条件进行了测试,同时还对南极冰冠二氧化碳堆积进行了分析。
 
他们发现这种偏移现象开始于火星中纬度向东强烈的风力,这股风力直接吹向海腊斯盆地(Hellas Basin),这是火星表面最大的碰撞结构,盆地直径为1429英里,深度为4英里。这处盆地的陡峭壁面对这股风力进行了偏移,并在大气层中形成强大的波动,这与地球上出现的罗斯比波(Rossby waves)十分相似。罗斯比波改变了火星高纬度风力的路程,促使气候系统接近于南极区域。
 
在火星西半球,强低压系统接近于南极区域,而一个高压系统位于东半球,然后再接近南极区域。西半球的低压系统使气温变得更低,这一温度仅能将二氧化碳浓缩成为雪状结构,这意味着南极西半球是由雪和霜冻构成的。
 
吉乌拉那称,在东半球的高压系统,温度总是相对地暖和,无法使冰雪降落,因此在东半球仅存在着霜冻。不考虑半球的因素,霜冻经常出现于火星南极区域,吉乌拉那告诉太空网站说,“在火星极地的夜晚,你总能发现表面上有浓缩的二氧化碳,我称它为霜冻。当二氧化碳气体接触极地表面时,它将立即被冻结。”
 
霜冻吸收阳光促进升华
 
这项研究并不仅证实火星极地存在更多的冰覆盖,如雪和霜冻,在火星极地区域覆盖的大量雪将比表面霜冻向太空反射更多的阳光。霜冻颗粒比雪颗粒更大,并具有更粗糙的表面。在这样的崎岖不平纹理结构下,霜冻能够吸收更多的阳光,促进升华作用。因此,由雪和霜冻构成的南极冰冠的西部区域,不仅有大量的二氧化碳冰堆积,而且在夏季时升华得更慢,而该区域的霜冻在夏季时则会完全消失。
 
研究人员指出,这项研究将解释为什么冰冠并不是对称性地分布在南极区域。该研究报告已发表在近期出版的爱思唯尔期刊《国际太阳系研究杂志》(Icarus)上。(来源:新浪科技 魏冬)
 
(《国际太阳系研究杂志》(Icarus),doi:10.1016/j.icarus.2008.05.019,M. Giuranna, L. Zasova)
 
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美宇航局公布罕见火星北极冰层陨坑照片

作者:刘妍 来源:新浪科技 发布时间:2008-10-21 9:5:42

火星北极直径约115米的小陨坑

火星北极冰层陨坑上的堆积物高达500米 

北京时间10月21日消息,据国外媒体报道,美国宇航局的科学家日前称,火星探测器最新拍摄的一组照片显示,火星北极冰层上存在着一个巨大的陨坑。这是科学家们首次拍摄到火星北极冰层存在陨坑的直接证据。
 
正在环绕火星飞行的火星观测轨道器上的高分辨率成像科学实验摄影仪(HiRISE)拍下了这组最新的照片。照片显示,一个孤零零的小山丘耸立在一个层状堆积地貌的侵蚀斜坡的半坡之上。这个堆积物的暴露部分高约500米,半坡上的圆锥形小山丘高约40米。来自亚利桑那大学的科学家、HiRISE项目组成员夏纳·布莱恩介绍说,“小山丘可能是一个被埋藏在地下的陨坑的地面剩余部分,现在正可以通过这个小山丘挖掘出这个地下陨坑。”通过一个小山丘而发现陨坑,这事听起来好象有些难以理解,那么还有一种更简单的解释:陨坑的形成与火星北极冰层堆积同步进行,陨坑形成后随即被不断堆积的冰层所覆盖。大多数这样的陨坑因此被覆盖于火星的表层之下,科学家们也就很难发现和接触这种陨坑。
 
但是,由于侵蚀的原因,每个陨坑之上或周围区域慢慢形成一条沟槽,于是陨坑及相关的冰丘就逐渐暴露出来。布莱恩解释说,“陨坑所在位置之下的冰层好象比其他地点的冰层抗侵蚀能力更强,到目前为止人们还没有找到真正的原因。因此,在沟槽形成的同时,陨坑所在地之下的冰层却仍然能够保存下来,于是就形成了一个孤立的小山丘。”一张HiRISE的高分辨率照片显示,这个小山丘由许多多边形的大石块组成。石块直径约为10米,表面覆盖着一层火星上非常普遍的微红色尘埃。但是,在火星北极层状堆积物的其他照片上却又发现了另一种好象富含冰的石块。科学们在另一张由HiRISE所拍下的新照片中又发现,在火星北极冰帽表面也有一个小小的陨坑,该陨坑直径大约只有115米。
 
科学家们根据火星北极地区极少发现陨坑的事实,提出两种解释:要么是因为北极冰帽大概只有10万年历史,所以那里尚未出现大量的撞击事件;要么是因为那里的陨坑也随着冰层的融化而早已消失。美国科学家说,“火星勘测轨道飞行器”和“环火星勘测者”两个探测器借助重力数据、地表高度测绘数据等构建出火星地形图。它清晰地显示,北极大盆地的轮廓为椭圆形,与撞击坑的表征相符。此外,观测还发现,这个盆地还有一层外部轮廓,这种内外双圈是撞击坑的又一个典型特征。火星的南北半球呈现出截然不同的两种地形,北半球地形低洼平坦,而南半球地势较高,地表粗糙,多坑洞。不过南半球的坑地规模较小,无法和北半球的大盆地相媲美。
 
火星南北半球的这种“两面派”地形一直是未解之谜。上世纪70年代美国的火星探测器第一次发回火星地表全图后,科学家们就一直在猜测其中原因,其中“远古撞击说”和“火星内部运动说”是两种最为流行的假说。研究小组在报告中说,虽然现在仍不能百分之百地证明“撞击说”,但起码改变了北极地形研究的方向。他们认为,最新的观测数据不仅对研究火星早期的演化有重要意义,也对研究地球早期的形成有启示作用。在最新绘制的火星三维地图上,火星的表面布满了极端的地貌特征,这里有太阳系中最高的山脉、最低的盆地和最为平坦的原野。火星上最高点与最低点之间的相对落差约为32公里,是地球上同一落差的1.5倍左右。科学家表示,数十亿年前,一颗小行星或其他来自太空的陨石撞击了火星,这次撞击留下的陨石坑的深度超过了珠穆朗玛峰的高度。
 
科学家说,这个被称为赫拉斯的陨石坑比太阳系中任何其他的陨石坑都要深。如果在美国挖掘这样一个大坑,坑的口径可以从东海岸一直延伸到洛基山脉——这—距离约为2400公里。从这个陨石坑里挖出的岩石和泥土将足够形成一块厚达2英里、可以覆盖整个美国的“毯子”。另一个极端是一座被称为奥林波斯蒙斯的火山,它比火星的平均高度差不多高出27公里,这使它成为太阳系中最高的火山。火星的北半球有一个巨大的盆地,它的底部比火星的平均高度低了大约10公里。
 
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    德国科学家称火星上曾有过降雨

研究称小行星撞击使火星未能出现生命

可能撞击毁坏了熔化状态的核心,改变了内部循环,影响了磁场

作者:孝文 来源:新浪科技 发布时间:2008-10-12 9:58:31

火星上的维多利亚坑
 
北京时间10月11日消息,据英国《泰晤士报》报道,科学家发现,可能曾有一颗巨大的小行星在火星表层撞出一个大洞,破坏了这个红色星球的磁场,毁掉了火星演变为地球一样的蓝色星球的机会。
 
地球磁场由地核中的熔铁产生,地球磁场可使可能冲击大气的辐射发生偏斜,从而起到保护地球的作用。为什么火星缺乏类似的磁场?科学家们一直迷惑不解,但现在,飞船收集数据可能帮助科学家找到答案。他们发现了影响火星南半球表层岩石的高强度磁异常,这似乎是曾经覆盖整个星球的磁场的残留。北半球却没有这种磁异常,这暗示着火星上曾经发生过改变磁场的事情。这也解释了火星的另外一个奇特之处,即火星北半球的岩石比南半球的岩石更薄。
 
多伦多大学的物理学副教授萨宾·斯坦利说:“证据显示火星历史早期发生过猛烈撞击,可能这次撞击毁坏了熔化状态的核心,改变了内部循环,影响了磁场。”科学家们认为,火星和地球以及太阳系的其他星球一样,都是在大约46亿年前由岩石和太阳形成留下的残余物构成。
 
随着胚胎行星越来越大,它们核心的岩石熔化、熔合,重元素,尤其是铁,沉到了中心。在放射性元素的作用下,铁保持熔化状态,并开始流动,形成磁场。人们一直以为,因为火星只有地球的一半大,所以,它的核心会冷却,但这一理论被新发现推翻了。新发现显示,最远甚至更小的水星都有熔化的核心和磁场。
 
斯坦利说:“我们知道,火星曾经有磁场,只是在大约40亿年前消失了。大约与火星地壳二分出现同时发生。这可能与行星撞击有关系。”现在,可能人们最感兴趣的问题是火星上发生过什么使得磁场得以保留,以及火星是否孕育过生命。
 
英国开放大学的行星及太空科学教授莫尼卡·格拉迪说:“火星曾经有过更厚重的大气,有过静态水和磁场,可能与我们今天看到的贫瘠荒凉的星球大为不同。”

美“凤凰号”探测器首次发现火星下雪

并且找到了火星上曾经存在液态水的最新证据

作者:张炜 来源:中新社 发布时间:2008-9-30 9:19:45

火星上也有下雪!美国凤凰号火星探测器已经探测到来自火星云层的降雪,而且找到了火星上曾经存在液态水的最新证据。
 
美国航空航天局(NASA)今天(9月29日)公布了凤凰号火星探测器的最新科学成果。凤凰号上一个用来收集火星大气层和火星表面相互作用的激光设备已经探测到火星降雪,降雪来自凤凰号着陆点上空大约四千米的火星云层,数据显示降雪在到达火星表面前已经气化。
 
负责凤凰号气象检测系统的加拿大约克大学教授吉姆·怀特威说,火星上下雪的景观从来没有被发现过,科学家未来将寻找可能降落火星表面的降雪。
 
除了首次发现降雪,凤凰号还找到了火星上存在碳酸钙和粘土的线索。碳酸钙是石灰石的主要成分,在地球上,绝大部分碳酸盐和粘土只有在液态水的作用下才能形成。这些证据来自凤凰号上的热力与释出气体分析仪(TEGA)及电化学传导性显微镜分析仪( MECA)。
 
凤凰号采集到的火星土壤样本被装入“热力与释出气体分析仪”进行加热,结果释放出无色气体,经质谱仪分析,这种气体就是二氧化碳,而且释放气体的温度与大家熟知的碳酸钙释放二氧化碳温度一致。通过电化学传导性显微镜分析仪检测,发现土壤样本中钙的浓度与碳酸钙缓冲液的钙含量一致。此外,通过凤凰号上的原子力显微镜分析,土壤中有一些表面光滑的微粒,这些微粒与粘土十分相像。
 
截至9月29日,原计划运转三个月的凤凰号火星探测器已经工作了一百二十七天。因火星公转的原因,凤凰号着陆点的太阳照射越来越少,随着太阳能的逐步衰减,凤凰号的活动将逐渐减少。科学家表示,十月底,因为电力不足,机械臂将停止工作,预计今年底凤凰号将停止运转。在能量耗尽前,科学家将尝试开启凤凰号上的麦克风,期望记录下来自火星的神秘声音。
 
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德国科学家称火星上曾有过降雨

作者:刘妍 来源:新浪科技 发布时间:2008-9-27 9:6:27

火星上有过降雨的陨坑图 

北京时间9月27日消息,据国外媒体报道,德国科学家日前称,通过研究欧洲“火星快车”以及美国宇航局火星探测器提供的最新数据,他们发现火星上曾经有过降雨,这将有助于人类揭开火星上存在河流痕迹的奥秘。
 
德国航天局行星研究所地质学家恩斯特·豪博尔一直致力于火星赞西—特拉高原是否存在远古河流问题的研究。因此,他专门分析了由欧洲火星快车号、美国火星全球探勘者号以及火星勘测轨道飞行器所拍摄的陨坑照片。一个直径大约为5千米的小陨坑也许可以提供相关证据。在该陨坑中有一个扇形的三角洲,纳内迪河正是由此流入陨坑。河流沉所携带的沉积物沉入陨坑底部,几乎将陨坑填充了50米深;沉积物覆盖面近23平方公里。这些河流将火星赤道附近的高原冲出了一条条深深的峡谷,在火星表面许多地方留下了自己的足迹。多艘火星探测飞船都发现,在许多远古陨坑中都有河流扇形三角洲的痕迹,而火星表面的那些峡谷最终交汇于这些陨坑。在峡谷与陨坑的交汇处,可以看到层状沉积物。
 
恩斯特·豪博尔称,这种分层形态的沉积物,是典型的河流三角洲才拥有的特点。河水携带沉积物向下游流动,直到最后水流变缓,沉积特沉入河底。在河流最终汇入大海或湖泊时,水流速度几乎降为零。陨坑的原始形态其实就是大海或湖泊。研究人员还根据火星表面陨坑的数量来粗略推测火星赞西·特拉高原沟壑纵横的外表所形成的时间。结果显示,河流流经这些峡谷的时间大约为38亿到40亿年之前。而荷兰乌德勒支大学地质学家马尔丁·克雷汉斯也根据各种数据推测,这些陨坑沉积物至少形成于几十万之年前。豪博尔认为,这些最终汇聚于陨坑的峡谷足以让研究人员坚信火星表面曾经存在湖泊并有过降雨。
 
研究人员对此前的5项火星探测任务采集的土壤样品进行了分析,其中包括1976年发射的“海盗”号火星探测器和1997年发射的“探路者”号火星探测器采集的数据。他们发现,火星氯化物和硫酸盐沉积物中存在一种特殊的模式。所有的这些土壤样品数据表明,硫酸盐的分布更加接近于火星表面,而氯化物的浓度则随着深度的增加而上升。这与在地球表面极端干旱的区域——例如南极洲的干谷地区和智利的阿塔卡马沙漠,发现的情况非常类似。这些地区的降雨很少且雨量极少,于是在数百万年间,其土壤的化学构成慢慢发生了变化——沉积的硫酸盐越来越接近地表,并将更多可溶解的氯化物传输到地表深处。
 
大约在30亿年前,源自地下水的火星表面最大的水体大部分被冻结或蒸发。之后的一个漫长时期,火星上下起了断断续续的细雨和露水。这种气候显然持续了足够长的时间,从而改变了火星表面矿物质的化学构成,并最终形成了之前所描述的那种独特的氯化物和硫酸盐模式。恩斯特·豪博尔说,除了水、温暖的气候以及基本矿物外,生命存在最后的一个条件就是含有碳元素的有机分子。那些碳分子很容易通过火星早期落到上面的陨石沉积获得。
 
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火星土壤特性怪异 深层湿润表层干燥

作者:范尧 来源:腾讯科技 发布时间:2008-9-8 16:38:49

用来检测火星土壤导电性的探头 

北京时间9月8日消息,据国外媒体报道,美国国家宇航局参与“凤凰”号任务的专家在对火星大气特性和土壤特性进行比较后,发现了一个令人费解的矛盾现象。“凤凰”号探测器上用于检测导电性的探头发现,火星大气中的水分含量会发生周期性的变化,但与此同时,火星土壤却始终保持着干燥状态。
 
据悉,“凤凰”号于本月3日和4日对火星土壤的导电性进行了测量。期间,探测器上的探头对电流通过探针间的速度进行了分析。两次测量结果显示,火星土壤中缺乏液态水,非常干燥。同时,其对火星大气的测量却表明,在火星的一昼夜时间里,大气中水分的含量会发生非常显著的变化——事实上是从零到100%的变化。这一巨大落差意味着,在一昼夜的时间里,应该有大量的水分从大气进入土壤,之后又再从土壤返回大气之中。
 
负责该项研究工作的科学家阿隆·赞特表示,在火星大气中含有丰富的水汽——其数量之大,即使是在温度降低到冰点以下,火星的表层土壤也应该被浸湿。然而,让科学家们感到不解的是,“凤凰”号在检测导电性的过程中却并未发现湿润的表层土壤。
 
在之前进行的分析过程中,“凤凰”号已经在相对较深的火星土壤中找到了有水存在的证据。据NASA介绍,“凤凰”号曾利用其配备的机械臂挖掘出一些呈块状的火星土壤样本。科学家们发现,当这些样本暴露在火星大气中一至两天后,它们会变得较为松散。对这一现象的一种解释是:火星土壤中存在着少量的液态水。
 
科学家们计划再进行一些新的试验,以便最终确证在火星土壤中是否有液态水存在。之前,“凤凰”号已对那些尚未被挖掘地区土壤的导电性进行了测量。接下来,“凤凰”号将会对火星表层下土壤的导电性进行测量。
 
在7月31日,“凤凰”号已获得了在火星上有冰存在的确凿证据。之后,NASA决定延长探测器的工作时间。
 
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