自發現以來就引起激烈爭論的小藍莓——神秘火星藍莓

2020-12-22 天文在線

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美國宇航局官方稱,機遇號探測器結束了在這顆紅色星球上長達14年的冒險。多年來探測器收穫了許多有趣發現,就在它著陸兩個月後,偶然遇到了一些微小的物體。這些小東西和藍莓看起來十分相似,其性質至今仍然困擾著科學家們。

2004年2月11日,機遇號在Meridiani Planum探索巖石露頭時,發現火星表面的一片區域覆蓋著堅硬的圓形灰色鵝卵石。MER(火星探測巡視器)團隊根據這些東西的形狀,稱它們為「藍莓」。

真彩圖像:火星上被稱為「漿果碗」的巖石

「我們看到了一些非常奇怪的情況,」MER團隊成員、康奈爾大學科學家史蒂夫·斯奎爾當時在他的雜誌上寫道。「我們看到這些我們稱之為spherules(球粒)的奇怪的圓形物體嵌進露頭(巖石、礦脈和礦床露出地面的部分。),就像鬆餅裡的藍莓。發生噴時,露頭會被侵蝕掉,那些小球粒似乎比其它露頭更能抵抗侵蝕,然後就會掉下來滾到山下。有點怪怪的。」

機遇號探測器在火星表面觀察到的神秘「藍莓」

利用機遇號的顯微成像相機,MER團隊觀察到了幾批很小的藍莓,它們的直徑從100微米到6.2毫米不等。在發現後不久,在美國宇航局發布的新聞稿中Squyres提到,藍莓的這些特徵不同於以前在火星上看到的任何東西。

對這種不同尋常的地質現象有多種解釋,包括由於水環境、隕石撞擊和火山爆發而產生的增生。在發現後的兩周,MER團隊確立了吸積理論,他們聲稱這些球狀卵石是一種被稱為「結核」的地質現象。

地球上的鈣質結核

Harry McSween,田納西州大學的行星科學家,同時也是美國氣象局團隊成員向天文在線講述到:

「降落時,我們發現地表都被藍莓覆蓋了,這真的是一個驚喜,」

「從軌道觀測中我們得知,該區域含有大量的赤鐵礦,這是我們選擇著陸點的原因之一。」

「藍莓就是從軌道上看到的赤鐵礦(hematite)——從巖石中的水溶液中慢慢生長出來的一小團物質。

「我們能夠辨別出它們中的赤鐵礦,並在巖石本身中看到它們,」

「當巖石風化的時候其他的東西被像是風這樣的東西吹蝕掉了,但是結核仍然存在,並在表面積累到比較高的濃度,所以結核的抗性就會表現得更加明顯。地質學家稱之為「滯留沉積」。

「類似的赤鐵礦凝結物已知在地球上也存在,但它們通常更大。」

至於藍莓呈現出的藍色,McSween說它們實際上是灰色的。

「MER團隊選擇了某特定些波長的光用於成像,所以它們看起來是藍色的。」

得出了這些藍色小球是結核的結論之後,就意味著水曾經存在於火星表面。多虧好奇號,現在這是一個被廣泛接受的事實,但是在藍莓被發現的時候,我們還不知道這些。

大量聚集的藍莓

圖片來源:美國宇航局/加州理工學院/康奈爾大學/美國地質調查局/莫德斯託初級學院

但是火星「藍莓」的故事並未終結於此。

2005年,亞利桑那州大學地球與空間探索學院的唐納德·伯特與他人合著了一篇《月球與行星科學》,該論文聲稱MER的分析毫無意義,而且對這些奇怪地表現象還有許多方面需要做出解釋。

伯特寫信給天文在線:「MER的假設存在許多問題,主要包括以下幾點:藍莓那幾乎完美的形狀(完美球形,而不是高度不規則的結核);均勻的尺寸(沒有超過7毫米的,但是正常的結核可以達到巨大尺寸);均勻分布在一個巨大巖石上(大多結核往往集中在化學反應的前端);除了幾個鬆散成對的他們大多都不聚在一起;還有他們不尋常的礦物學原理。」

關於「不尋常的礦物學原理」,伯特指的是它們的灰藍色外表,這表明這些物體是在高溫下形成的。在地球上的這類東西,比如說反光發亮的赤鐵礦結石,一般是從熱溫泉或火山蒸汽中形成。正常的結核是在低溫下形成的,而且是沒有光澤的鐵。

為了解釋火星藍莓,伯特和他的合著者Paul Knauth和Ken Wohletz想到了曾經的研究方向:隕石的影響。同一研究小組撰寫的2005年在《自然》雜誌上發表的文章表示,這些鵝卵石是一種不尋常的撞擊蝶形石,是由鐵片、粘稠的酸性鹽蒸汽和塵埃雲之間複雜的翻滾相互作用形成的。

「這些雲類似於大型火山爆發或核彈地面爆炸形成的巨大火山碎屑雲,」伯特說。「這些小球體被稱為『吸積火山礫』,『吸積火山礫』是在地球上的爆炸事件中通過翻滾加積形成的。例如6500萬年前的隕石撞擊事件,那次撞擊被認為導致了恐龍的滅絕。這個過程有點像在一個巨大的雷雨雲中凝結成冰形成冰雹。」

墨西哥火山礫

伯特說,在他和同事提出假設後,MER團隊考慮了這一假設,但最終拒絕了「赤鐵礦冰雹」的想法。儘管如此,伯特團隊的撞擊球假說解釋了藍莓的球形形狀,嚴格的尺寸(由它們在湍流氣體中的懸浮造成),非常廣泛而均勻的分布,以及它們不尋常的藍色、閃亮的外觀和礦物學原理。

對此,他補充道:「我們與MER團隊的基本分歧是,我們認為早期火星上的環境不必與現在地球上的相同,儘管兩個行星之間有一些明顯的相似之處。」「早期的火星仍然是一個不斷受到撞擊的較小行星,而且距離太陽的距離是地球的兩倍。」

有趣的是,夏威夷大學的地球物理學家Anupam Misra在《行星與空間科學》雜誌上發表了一項2014年的研究,得出了同樣的結論——火星藍莓不是吸積形成的,而是由隕石形成的。 Misra的主要論點是,凝固理論不能解釋火星藍莓的尺寸問題,而隕石撞擊理論可以。

然而,在Misra的論文發表後不久,猶他大學的地質學家布倫達·鮑恩和石溪大學的蒂莫西·格洛奇告訴《國家地理》,結核理論還遠未消亡。鮑恩說,在火星上的外星環境仍然可以產生吸積所需的條件,而格洛奇說,「機遇號」上的工具指向的是低溫地質過程,而不是「高溫事件」。

日本名古屋大學和高知大學的一個研究小組提出了另一種解釋,他們認為這些球體是圍繞一種名為方解石的礦物核心形成的,富含鐵的成分只存在於表面。天文在線解釋道:

根據野外觀察和化學模型,科學家們認為富含鐵的、微酸性的洪水衝刷了原始的方解石結構。與地球上不同,火星上的藍莓似乎自始至終都是由赤鐵礦製成的,沒有方解石核心。但研究人員說,這可能意味著長時間的過度清洗會吞噬掉方解石。

方解石,一種碳酸鈣礦物

顯然,關於火星藍莓的爭論仍然很激烈,但正如伯特向天文在線解釋的那樣,如果沒有好奇心和致力於向公眾分享信息的研究人員,這場正在進行的科學爭論就不會發生。

機遇號執行的是一項偉大的任務,它展示了NASA驚人的工程能力,它持續任職了如此之久,對自然的奧秘揭示了如此之多。在兩次任務中,最棒的部分是史蒂夫·斯奎爾斯、吉姆·貝爾(負責「機遇號」全景照相機的首席科學家)和美國國家航空航天局(NASA)的早期決定,即一旦獲得照片和科學成果,就立即與公眾分享。除了增加公眾的熱情外,這一重大決定還允許其他的科學家盡情分享各自的研究。「我們可以隨時進行假設和實時測試,而不必須是官方團隊的成員。」

火星藍莓的真正性質仍然是個謎。這是「機遇號」取得巨大成功的一個證明,為期90個火星日的探索持續了14年之久,揭開了一直困擾著科學家的火星之謎。「機遇號」和「勇氣號」的貢獻將在未來幾年裡繼續在科學界引起反響。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. George Dvorsky- 天文在線-

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