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數十億年前,火星表面有液態水,形成湖泊、溪流,甚至覆蓋了北半球大部分地區的海洋。在這片土地上的許多地方,火星表面以衝積扇、三角洲和富含礦物質的黏土礦床的形式記錄了這種更溫暖、更溼潤的過去。然而,半個多世紀以來,科學家們一直在爭論今天的火星上是否存在液態水。
根據行星科學研究所高級科學家諾伯特·舍爾霍夫(Schorghofer)的最新研究,火星表面可能會間歇性地形成鹽水。儘管火星表面季節性鹹水的存在時間很短(一年只有幾天),但它可能會告訴我們很多關於這顆紅色星球的季節性周期的信息,並有助於解決這顆星球上最持久的謎團之一。
為了解決季節性水霜是否會融化從而產生液態水的問題,Schorghofer提出了一套定量模型,以及關於熱對流的最新信息和一個三維表面能量平衡模型。
雖然火星上曾經存在的大部分水都以極地冰蓋的形式保存了下來,但液態水的存在卻很難確定。地球和地球一樣經歷季節性的循環,這將導致人們得出這樣的結論:這些冰會周期性地融化。然而,火星上的低壓環境和快速的溫度變化導致這些冰在到達熔點之前就升華了。
在火星上,大氣壓力範圍在0.4到0.87千帕(kPa)之間,這相當於不到地球海平面的1%。也就是說它接近H2O的三相點壓力——液態水存在的最低壓力。同時,當暴露在陽光下時,表面會迅速升溫,這導致了一天中溫度的巨大變化。
科學家表示,火星上有很多富含冰的寒冷地區和很多不含冰的溫暖地區,但溫度高於熔點的冰冷地區是幾乎不可能找到的最佳溫度點,而那個最佳點就是液態水形成的地方。Schorghofer設想這些地帶位於突出的地形(如巨石和高大的巖層)周圍的中緯度地區。在冬天,這些地區會不斷地投下陰影,創造非常寒冷的溫度環境,水霜會在那裡積累,這也是創造鹽水累積的最佳條件。
這些在火星上向下流動的深色、狹窄、100米長的被稱為循環斜坡線的條紋可能是由流水形成的。當春天來臨時,這些相同的斑點會暴露在陽光下。這將導致在火星上的一到兩天之後,水結霜被加熱到接近水的熔點。根據Schorghofer的詳細模型計算,氣溫變化非常迅速,從早上的-128°C(-200°F)上升到中午的-10°C(14°F)。
但是無論這些水凍沉積物在含鹽豐富的地面上何處形成,它們的熔點都會降低到零下10°C就會融化的程度。這意味著並不是所有的霜都會升華成氣體。其中一些會變成滷水,直到所有的冰融化或變成蒸汽。這種季節性模式將在第二年再次出現。
就像在南極地區所發生的一樣,在冬季,在突出的地形背後的陰影區域也會形成二氧化碳結霜。因此,只有在乾冰蒸發後,水才會融化,科學家們稱之為「番紅花棗」。過了一兩個月,液態水的冰就會開始融化,形成水,這就是所謂的「番紅花融化」。
這些發現建立在美國國家航空和宇宙航行局之前的實驗上,這些實驗表明火星上富含氯酸鹽的環境是最有可能找到水的地方。許多科學團隊也進行了類似的研究,他們質疑火星赤道地區周圍的季節性特徵——被稱為周期性斜坡線(RSL)或「斜坡條紋」——是否是滷水形成的結果。
火星上的加尼環形山的巖壁上有一條又黑又窄的條紋,被稱為「循環斜坡線」。到目前為止,關於造成這些特徵的原因,以及它們是由沙崩(「幹」機制)還是地下水泉、融化的表面冰或滷水形成(「溼」機制)的結果,還存在相互矛盾的證據。正如Schorghofer解釋的那樣,他的研究和建模是「溼」學派思想正確的另一個證明。
「要回答番紅花是否真的在火星上融化季節性水冰的問題,需要大量詳細的定量計算——數字真的很重要。開發必要的定量模型花了幾十年的時間。」
今年夏天,美國宇航局的火星2020探測器將從卡納維拉爾角發射,開始為期6個月的火星之旅。一旦到達火星,它將加入「好奇號」和其他一些正在尋找火星曾經有水存在的證據的任務。如果運氣好的話,我們還會找到一些直接的證據,證明火星上存在液態水。,為我們解決長達數十年的爭論!