DAOrayaki |火星的古代湖泊和液态水

古代火星湖泊的数量可能被极大低估,现今火星冰盖液态水的存在再添新证据

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古代火星湖泊的数量可能被极大低估,现今火星冰盖液态水的存在再添新证据

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投票进展:DAO Reviewer  1/0 通 过

赏金总量:35 USD

研究种类:Space Exploration,Mars

原文作者:   Joseph, Arnold

创作者:Heyyawn@DAOrayaki.org

审核者:Sleepy Girl@DAOrayaki.org

原文:  Geologist proposes the number of ancient Martian lakes might have been dramatically underestimated by scientists; New evidence for liquid water beneath the south polar ice cap of Mars

古代火星湖泊的数量可能被极大低估,现今火星冰盖液态水的存在再添新证据

众所周知,现今火星上几乎所有的水都是以固态形式存在。尽管今天的火星是一片冰冷的沙漠,但火星上有证据表明,火星在数十亿年前存在着古代湖泊,通过对多年来显示火星湖泊证据的卫星数据进行元分析,一项研究认为科学家可能极大地低估了曾经存在的火星古代湖泊的数量。另一项研究是对当前的火星是否存在液态水的进一步研究,该团队利用航天器激光测高仪测量了冰盖的表面地形,提供了除了穿冰雷达数据以外的新地形证据,火星极盖下存在液态水的可能性大大增加。

科学家可能极大地低估了古代火星湖泊的数量

湖泊是由降雨、融雪、河流和地下水补给所形成的水体,通过这些水体,地球上充满了生命。湖泊还包含过去气候的重要地质记录。尽管今天的火星是一片冰冷的沙漠,但科学家们认为有证据表明十亿年前火星上存在湖泊,其中可能包含了这颗红色星球上古代生命和气候条件的证据。通过对多年来卫星传回的火星湖泊数据进行元分析,香港大学(HKU)地球科学系的地质学家 Joseph Michalski 博士提出,科学家可能极大地低估了曾经存在的火星古代湖泊的数量。

Michalski 和他的国际团队最近在《自然天文学(Nature Astronomy)》上发表了他们的研究成果,该文章描述了对火星古代湖泊整颗星球的分析。Michalski 解释说:“我们知道火星上沉积了大约 500 个古代湖泊,但我们所知道的几乎所有湖泊都大于 100 平方公里。但是在地球上,在冰川退缩的寒冷环境中,70% 的湖泊都比这个面积小。火星上这些小型湖泊确实存在但很难通过遥感卫星发现。至少有 70% 的火星湖泊尚未被发现。”科学家们在地球上监测这些小湖泊,以了解气候变化。火星上消失的小型湖泊记录着过去的气候信息。

最近的论文还报告说,大多数已知的火星湖泊可以追溯到 35 亿到 40 亿年前,但在这段时间内,每个湖泊在地质上可能只持续了很短的时间( 1 万至 10 万年)。这意味着在古代,火星可能在大部分时间是寒冷干燥的,但它在短时间内会间歇性地变暖。Michalski 补充说:“由于火星上的低重力,而且土壤普遍细粒,火星上的湖泊会非常浑浊,这使得光线可能穿透不深。如果光合作用的生命存在的话,这可能会对这些生命构成威胁。”

湖泊含有微生物生命所需的水、营养物质和能量来源,包括光合作用的光。因此,湖泊是火星探测器(例如美国宇航局现在在火星上的 “毅力 ”号探测器)的首要目标。但是 Michalski 警告说:“并非所有的湖泊都是平等的。换句话说,一些火星湖泊对于微生物生命来说会比其他湖泊更有吸引力,因为其中一些湖泊体积大、深度深、寿命长,并且具有广泛的环境,如热液系统,这些环境有助于简单生命的形成。”从这个角度来看,将大型、古老、环境多样的湖泊作为未来探索的目标更具有意义。

香港大学生物科学学院的生态学家 David BAKER 博士,他对地球湖泊中的微生物系统非常了解,他说:“地球上有许多类似于其他行星的环境。从斯瓦尔巴德(Svalbard)的严酷地形到莫诺湖(Mono Lake)的深处,我们可以在地球上设计出探测其他星球生命的工具。大部分这些工具可以用于检测微生物生命的遗迹和残留物。”

今年 5 月,中国的首个火星着陆器“祝融”号在火星上成功着陆。“祝融”号目前正在乌托邦平原(Utopia Planitia)上漫游,探索反应近期气候变化的矿物学和化学线索。中国还计划在本世纪末进行一次样本回收任务,任务目标可能针对一个有趣的湖泊沉积物。

Joseph Michalski 博士是香港大学地球科学系的副教授和太空研究实验室的副主任。他与来自加拿大、美国和英国的同事合作进行这项研究,该研究由香港研究资助局资助。

火星南极盖下存在液态水的新证据

一个国际研究小组揭示了火星南极盖下可能存在液态水的新证据。

由剑桥大学领导的研究人员利用航天器激光测高仪测量了冰盖上表面的形状,以确定其高度的细微模式。然后他们发现,这些模式与计算机模型预测的冰盖下水体影响冰盖表面的模式相吻合。

他们的结果与早期的冰穿透雷达测量结果一致,这些测量结果最初被解释为显示了冰下的潜在液态水区域。对于仅从雷达数据中得到的液态水解释一直存在争议,一些研究表明,雷达信号不是由液态水引起的。

研究结果发表在《自然天文学(Nature Astronomy)》杂志上,利用雷达以外的数据,提供了第一个独立的证据,证明火星南极盖下存在液态水。

领导这项研究的剑桥大学斯科特极地研究所(Scott Polar Research Institute)的 Neil Arnold 教授说:“结合新地形数据、计算机数据模型和雷达数据,我们推断火星冰下极有可能存在液态水。如果这些液态水存在,说明火星仍然保持着地热活动。”

与地球一样,火星在两极都有厚厚的水冰盖,总体积大致相当于格陵兰冰原(Greenland Ice Sheet)。然而,与地球上的冰盖不同,火星的冰盖下存在充满水的通道,甚至有大型冰下湖泊,直到最近,由于火星气候寒冷,而火星上的极地冰盖一直被认为是固态的。

2018 年,欧洲航天局的“火星快车(Mars Express)”卫星提供的证据挑战了这一假设。该卫星有一个名为 MARSIS 的穿冰雷达,可以穿透火星的南部冰盖进行观察。观察显示冰层底部的一个区域强烈地反射了雷达信号,这被解释为冰盖下面存在一个液态水区域。

然而,随后的研究表明,火星其他地方存在其他类型的干燥物质,如果存在于冰盖之下,也可能产生类似的反射模式。考虑到寒冷的气候条件,冰盖下的液态水将需要额外的热源,例如来自星球内部的地热,其水平高于当今火星的预期水平。这使得确认该湖的存在需要等待另一个独立的证据。

在地球上,冰下湖泊会影响上方覆盖冰盖的形状,即冰盖的表面地形。冰下湖泊中的水降低了冰层和冰床之间的摩擦,影响了冰在重力作用下的流动速度。这反过来又影响了湖泊上方冰盖的表面形状,通常会在冰盖表面形成一个凹陷,随后会进一步形成一个向下流动的凸起区域。

该团队还包括来自谢菲尔德大学、南特大学、都柏林大学学院和开放大学的研究人员,他们使用了一系列技术来检查来自美国宇航局“火星全球探勘者(Mars Global Surveyor)”卫星的数据,这些数据记录了火星南极冰帽的表面地形,雷达信号识别出了部分的表面地形。

他们的分析显示了一个 10-15 公里长的表面起伏,包括一个凹陷和一个相应的凸起区域,两者都偏离周围的冰面几米。这在规模上与地球上冰川下湖泊的起伏相似。

随后,研究小组测试了观察到的冰面起伏是否可以用冰床上的液态水来解释。他们运用计算机模型模拟冰流,以适应火星上的特定条件。然后,他们在模拟的冰床中插入了一块降低冰床摩擦力的区域,如果有水存在,水将使冰滑动并加速前进。他们还会改变来自星球内部的地热量。这些实验在模拟冰面上产生的起伏,其大小和形状与研究小组在真实冰盖表面观察到的相似。

模型产生的地形起伏和实际航天器观测结果之间的相似性,以及早期穿冰雷达的证据表明,在火星的南极冰盖下方有液态水的积聚,火星地下在近期存在的岩浆活动,使得地热得以增强,从而使水保持在液态。

Arnold 说:“从火星、轨道卫星和着陆器返回的数据质量非常高,可以用它来描绘火星地表与地下的环境。”使用地球现有技术来了解其他星球,令人激动。

该研究得到了欧洲研究理事会的部分支持。


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