科学家期盼“好奇”号重写火星历史

在顶峰时期，火星类似于美国上一个冰河时期的犹他州或内华达州。

尽管行星科学家们在争论火星早期是湿的还是冷的和干的，他们都同意火星至少在几个短暂的地质时期被水覆盖。资料来源:keesvenenbos

价值25亿美元的好奇号探测器正在寻找古代火星的真相。在154公里宽的盖尔陨石坑(好奇号于2012年8月着陆的地方)，有一个5.5公里高的沉积物堆，叫做夏普峰。火星科学家认为，在教堂峰的土壤层中，有早期“火星水”的历史，也有解决火星争论的方法。

火星探索

自从海盗1号和海盗2号宇宙飞船在20世纪70年代发回火星上的断水山谷的图像以来，大多数火星科学家认为，在火星诞生的头10亿年，火星被厚厚的温暖大气所笼罩，有足够的雨水“雕刻”出这些山谷。这时，火星的环境似乎有利于生命的起源和延续。

但是在过去的十年里，最新的火星探测器发回了更精确的火星表面照片。一些行星科学家认为火星不像以前认为的那样适合居住。根据这些学者的观点，早期的火星不具备降雨的条件(没有足够厚的永久大气)，即使是短暂的小雨也是不可能的。几百万年来，火星表面一直寒冷干燥。任何生命都很难在火星上站稳脚跟。

好奇号已经开始攀登教堂峰了。明年会有什么新发现？"这是一个价值25亿美元的问题."美国布朗大学的行星光谱学家拉尔夫·米利肯说。这可能是古气候学家的梦想:堆积的沉积物记录了一个不断变化但大部分是潮湿的气候，但可能包含了古代火星上生命的有机残余。

“好奇心”可能会给我们带来巨大的惊喜。我们从中学到了一些有用和有趣的东西。"加州山景城美国宇航局艾姆斯研究中心的行星地质学家杰弗里·摩尔说. "但是最终的结果可能不是一些人所期望的。"

干湿变化

十九世纪和二十世纪初的天文学家把火星想象成沙漠、湖泊和运河的景观，就像美国西部一样。在20世纪60年代，在水手号宇宙飞船飞行期间拍摄了火星表面的照片之后，这个想法并没有破灭。水手号返回的第一个火星表面的特写照片显示，火星上干燥和坑坑洼洼的土地更像是月球上的景象。十年后，维京1号和维京2号飞船发回的图像再次改变了人们对火星的理解，火星的热带地区被山谷纵横交错。

研究河流侵蚀特征的行星河流地质学家得出结论，早期火星的大气比现在厚得多。地质学家可以通过计算火星表面累积的环形山推断出它们的年龄。科学家们估计诺亚的时代是被侵蚀最严重的时代——足够多的雨水冲刷山谷、陨石坑和被侵蚀的岩石。

"根据地球的标准，人们认为早期温暖潮湿的火星并不潮湿。"美国华盛顿史密森学会国家航空航天博物馆的行星河流地质学家罗斯曼·欧文说。然而，火星可能是半干旱的。"火星在其全盛时期类似于美国上一个冰河时期的犹他州或内华达州。"

从气候角度来看，在诺亚时代后的数亿年里，火星变得越来越糟。在明显潮湿的时期，流水形成了火山口湖，一些湖泊出现了三角洲。陨石坑边缘的碎片被冲刷后形成了一个半锥形冲积扇。

几亿年后，“火星死了”欧文在国家航空航天博物馆的同事罗伯特·克拉多克说。研究人员一致认为，在接下来的30亿年里，火星仍然寒冷且极度干燥。

寒冷的火星

布朗大学的行星地质学家詹姆斯·海德并不认为氢覆盖是不可避免的，因为火星既没有永久的温暖，也没有偶尔的降雨。在3月举行的月球和行星科学研讨会上，他引用了自己和他人的研究成果中的一系列理由来证明火星一直是冷的，把火星想象成一个水的世界是在重复19世纪所谓的“火星运河”的错误。

海德认为被侵蚀的火山口和由水流形成的峡谷是真实的，但是它们是在冰川融化的罕见时期形成的。地球上南极洲的干旱河谷是在水的冲刷作用下形成的。负责人已经在那里做了实地调查工作。南极洲的平均温度低于冰点，但是在夏季的日照时间里，足够的冰和雪会融化成水，水会把流动的区域冲刷成峡谷。

在海德的计划中，在这些大峡谷周围，曾经有他称之为诺亚冰高地的地方。他和他的同事根据火星上冰川的特征(如冰川下沉积形成的山脊)推断，认为在诺亚时代晚期，火星的南极确实被冰包围，从而降低了整个南半球的温度。

法国巴黎皮埃尔和玛丽·居里大学的行星气候建模师弗朗索瓦·遗忘和罗宾·华兹华斯以及海德和其他研究人员展示了火星表面的冰是如何形成的。他们设计了一个早期火星气候模型，其中火星大气中二氧化碳浓度适中。虽然这种大气不能将火星的温度提高到冰点以上，但它可以导致更高的海拔和更冷的气候，就像地球的大气一样，这与目前的火星气候不同。这意味着在南半球，火星处于更高的高度，雪花落下并在表面压缩成冰。在8月28日出版的《地球物理研究通讯》中，布朗大学的凯瑟琳·斯坎伦、海德和其他同事共同发布了一个类似的气候模型，在模型中加入了冰雪，冰雪融化成水，切断了火星表面的大峡谷网络。

海德认为火山或可能的“大影响”会融化火星表面的冰雪。这一巨大的冲击给整个地球带来了大量的热爆发。这些喷发会蒸发表面的冰，使大气变暖并形成降水。尽管这种影响可能是短暂的，但加州帕洛阿尔托洛拉尔空间系统公司的大气科学家特蕾莎·塞古拉和她的同事们可能已经揭开了这个谜团。在2012年7月号的《伊卡洛斯》杂志上，他们展示了一个模型来说明在适当的条件下，“巨大的影响”可以导致从寒冷的火星气候到温暖的气候的转变，这种转变可以是稳定的，从而融化大量的冰和雪。

火山的作用也不容忽视。他们可以通过排放温室气体来改变气候。维京号探测器在火星上发现了太阳系中一些最大的火山，但是这些火山看起来像夏威夷火山一样静静地喷发，并且没有释放出太多的气体。

在10月3日出版的《自然》杂志上，美国亚利桑那州图森行星科学研究所的行星地质学家约瑟夫·迈克尔斯基和马里兰州格林贝尔特的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的雅各布·布利尔共同宣布了他们的最新发现:在火星上蔓延的火山中，有7座“超级火山”正在喷发，并富含温室气体。在火星早期，这些“超级火山”曾爆发过一次，很可能已经向大气中排放了大量的二氧化碳和其他温室气体，足以在冰冻的火星上引发短暂的春天。

河流地质学家克拉多克关注一个非常小的方面:雨滴。尽管寒冷的高原景象已经不复存在，克拉多克认为解释观察到的陨石坑侵蚀现象是至关重要的。他说，只有当下落的雨滴击中陨石坑边缘的每一平方厘米并搅动岩石颗粒时，才能导致观察到的平滑侵蚀现象。冰川融化的水不能达到这种效果。

(段鑫)

《中国科学新闻》(第三版国际，2013年10月23日)