火星为何会干涸?新研究提出了不寻常的答案

2022年06月25日 10:14 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

火星曾经被河水染红。过去的河流、小溪和湖泊的痕迹今天在这个星球上仍然可见。但大概30亿年前,它们都干涸了--没有人知道原因。芝加哥大学地球物理学家Edwin Kite说道:“人们提出了不同的想法,但我们不确定是什么导致气候发生如此巨大的变化。我们真的很想了解,特别是因为它是我们肯定知道的唯一从宜居变为不宜居的星球。”

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Kite是一项新研究的第一作者,该研究检查了火星河流的足迹从而看看它们是否有揭示出这个星球的水和大气的历史的可能性。

许多科学家之前认为,大气层中的二氧化碳流失--帮助火星保持温暖--造成了麻烦。但5月25日发表在《Science Advances》上的新研究结果表明,这种变化是由其他一些重要成分的损失造成,这些成分维持了这个星球足够的温暖,从而使其有流动的水。

但它是什么,科学家们仍然不知道。

水,到处都是水--但没有一滴水可以喝

1972年,科学家们在看到NASA“水手9号”任务从轨道上绕过火星时拍摄的照片时感到非常惊讶。这些照片显示了一个充满河床的景观,这证明这个星球曾经有大量的液态水,尽管它今天已经干得像骨头一样。

由于火星没有构造板块,无法随着时间的推移移动和掩埋岩石,古老的河道痕迹仍躺在表面,就像被匆忙抛弃的证据。

这使得Kite及其合作者--包括芝加哥大学的研究生Bowen Fan及来自史密森学会、行星科学研究所、加州理工学院喷气推进实验室和Aeolis研究的科学家--能够对基于卫星从轨道上拍摄的数千张照片的地图展开分析。根据哪些轨道跟哪些轨道重叠以及它们的风化程度,该团队拼凑出了数十亿年来河流活动的海拔和纬度变化的时间表。

然后他们可以将其跟不同气候条件的模拟结合起来看看哪种情况最匹配。

行星气候非常复杂,它有着很多很多的变量需要考虑--特别是如果你想让你的星球保持在Goldilocks区域,在这个区域里,它的温度足以让水变成液体但又不会热到沸腾。热量可以来自一个星球的太阳,但它必须足够接近以接受辐射,但又不能太近进而让辐射带走了大气。温室气体如二氧化碳和甲烷可以在一个星球的表面附近捕获热量。水本身也发挥着作用,它可以作为云存在于大气中也可以作为雪和冰存在于表面。雪冠往往作为一面镜子以将阳光反射回太空,但云层可以捕获或反射掉光线,这取决于它们的高度和组成。

Kite和他的合作者在他们的模拟中对这些因素进行了许多不同的组合并寻找可能导致地球温暖到至少有一些液态水在河流中存在超过10亿年的条件--但随后突然失去它。

但当比较不同的模拟结果时,研究人员们看到了一些令人惊讶的事情。改变大气中二氧化碳的数量并没有改变结果。也就是说,变化的驱动力似乎并不是二氧化碳。

“二氧化碳是一种强烈的温室气体,所以它确实是解释火星干燥的主要候选人,”Kite说道,“但是这些结果表明它并不那么简单。”

现在有几个备选方案。新的证据跟Kite在2021年的一项研究中提出的方案非常吻合,即火星大气层中的一层薄薄的冰云就像半透明的温室玻璃,捕获热量。其他科学家则提出,如果氢气从行星的内部释放出来,它可能跟大气中的二氧化碳相互作用以吸收红外光并使行星变暖。

Kite说道:“我们不知道这个因素是什么,但我们需要有大量的因素存在才能解释这些结果。”

有许多方法可以尝试缩小可能的因素;该团队建议NASA的“毅力号”探测器进行几种可能的测试,这些测试可能会发现一些线索。

Kite和同事Sasha Warren也是科学小组的一员,他们将指导NASA的“好奇号”火星车寻找有关火星干涸原因的线索。他们希望这些努力以及 “毅力号”测量能为这个谜题提供更多的线索。

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