NASA在火星上发现现今液态水的证据

作者: Olivine

来源: 果壳网

发布日期: 2015-09-29

NASA在火星上发现现今液态水的证据,通过分析火星表面的季节性斜坡纹线(RSL),研究者认为这些纹线是由火星地表的盐水溶液流动形成的,提供了火星现今存在液态水的有力证据。

NASA上周神神秘秘地暗示自己在火星上有了大发现,会在美国东部时间9月28日上午11时30分召开新闻发布会公布这一发现。但是,熟悉NASA的人都知道,这种神秘兮兮的把戏最后抛出来的肯定不是你们想要的了!还记得上次NASA的“大新闻”吗?只不过是在已有的上千颗地外行星上加了几百颗,其中有一颗比以往更可能是石头做的而已。这次也一样:当然是大发现,只是不是你们想要的那种大发现。

在刚刚发表在《自然·地球科学》上的一篇论文中,研究者称他们发现了现今火星上存在液态水的证据。是的,是现今的液态水,不是很久以前的水,也不是冰(后两者我们早知道了)。可惜,这水不能直接喝:这是“卤水”,还不能用来卤蛋。

故事最早发生在2011年。当时亚利桑那大学的本科生卢金德拉·欧嘉在研究NASA高分辨率影像实验获取的影像时,发现了一些窄而且低反射率的条带。这些条带比周围要暗40%,像是小型的沟壑。这种沟壑一般宽在5米以下,长度各异,最长可以达到1.2千米。

这种沟壑发育在比较陡峭的山坡上(坡度大于25°),有季节性的变化,一般在火星的春末开始发育或生长,在初冬之后变小或消失,往复如此。欧嘉和同事把这种像沟壑一样的东西命名为“季节性斜坡纹线”。

随着越来越多的RSL被发现,它们的分布规律也越来越明显。早期仅在南半球32°至48°之间发现有RSL,随后在火星南北半球的低纬度地区也确认了12个RSL分布区,最北的一个位于北纬35°。可以明显看出,南半球的RSL更多。此外,RSL多发育在山坡的向阳面。

火星上为什么会有RSL,它们又为什么会有这些变化呢?对这种现象有好几种解释,其中一种认为RSL可能类似于火星两极沙丘上二氧化碳季节性的解冻。但是,火星的中低纬度地区温度比较高,不存在封冻二氧化碳的条件。所以,这种现象还有另外一种解释:这可能是火星表面的液态水流所致。

由于火星表面的温度比地球低不少,通常被认为不适合液态水存在。但是,在RSL发育的地方,温度普遍高于250K(相当于-23.15℃),一般在273K以上。如果有盐类溶解到水中(即卤水),水的凝固点可以被显著降低,最高可以降低80K。此外,盐类的存在还能显著降低水的蒸发率,并能吸收大气中的水分以维持自身。也就是说,RSL可能是火星地表的盐水溶液流动形成的。

在这项新发表的研究中,研究人员利用集成火星普查光谱仪获取了RSL发育地区的影像。由于不同的物质对光的吸收和反射能力不同,通过定量分析不同波段光在某位置被吸收和被反射的程度,并与已知物质的光谱特征相比较,研究人员就能推测火星表面该位置上的物质的成分或组成了。

研究者提取了影像上RSL发育地区的光谱,把它与实验室测得的不同矿物或混合物的光谱作了比较。一般来说,如果矿物中存在有分子水或OH团,就会在光谱曲线上特定的波段形成强烈的吸收波谷。而他们在RSL发育地区的测量结果中恰恰也有这样的特征吸收波谷存在。

综合多个对比研究结果,由于火星上不同RSL发育地区的光谱特征和高氯酸镁、氯酸镁、氯化镁以及高氯酸钠的光谱相符合,研究者认为在RSL发育地区含有这些易溶于水的矿物。以往的探测发现火星表面普遍存在这类可溶性的盐类,RSL区域的矿物很可能是这些盐溶于水后再沉淀富集而成的。

简而言之,上述结果提供了现今火星上存在液态水的有力证据,而且这种水是卤水。那么问题来了:水从哪里来?目前为止,这个问题尚没有确切的答案。RSL主要分布在中低纬度地区,发生在温度较高的季节,多在向阳的山坡上,而且那些地方表面比较暗。一种假说认为RSL的水可能来源于冰。但是,中低纬度、夏季、向阳,这种地方的冰会很快会发或流失,不大可能为RSL提供所需的水。

另外一种观点认为,水来自于空气——当然不是直接来自空气,而是通过一些矿物的潮解把空气中的水固定下来。一些矿物容易能够自发吸收空气中的水,如常用作干燥剂的氯化钙,研究人员在RSL中发现的氯酸镁等矿物也具有吸水性。当温度较高时候,这些矿物吸附的水就会释放出来,成为液态流水,形成RSL。但问题是,火星大气中的水能够支撑形成如此多的RSL吗?不一定。

南美洲阿塔卡玛沙漠在智利安托法加斯塔一带的地质条件,一直被认为近似于火星地表,那里极端干燥,能有微生物活跃的唯一环境便是存在潮解盐类的地区。那么,如果RSL的形成确实和高氯酸盐的潮解有关,那么它们的存在可能就为生命在近地表提供了一个潮湿的环境——这些地区,将是未来火星生命探索的一个方向。

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