科學家證實火星上存在水,移民火星指日可待-SAKAI BBS 社區
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科學家證實火星上存在水,移民火星指日可待

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    2015-1-3 10:48
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    [LV.2]偶爾看看I

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    發表於 2018-7-18 02:54:52 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
    水和有機物,是能夠與生命的存在息息相關的重要條件,是以也是深空探測中魂牽夢縈的重要搜尋方針,但這里所說的“水”,實在都是特指的“液態水”。

    固態形式的水,也就是水冰,實在在內太陽系(小行星帶之內的太陽系)並不罕有,在外太陽系(小行星帶之外的太陽系)就更常見了。究竟要想讓水冰穩定保存下來,需要的條件要簡單很多︰夠冷就行。

    那末火星上有沒有水冰呢?不但有,而且還很多

    火星地表的水冰

    火星的南北極地域就終年有大量的水冰表露在概況上。火星的自傳軸傾角和地球差不多(接近25°),所以和地球一樣,火星也有鮮明的四時變化,也有終年冰封的南北極。只不外,火星的南北極冰蓋里不但有水冰,還有干冰(固態二氧化碳)。再加上火星比地球離太陽更遠,整體來說還要比地球更冷一些。

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    火星的南北極和地球一樣終年覆蓋著冰層。

    那中低緯地區能夠有水冰存在嗎?

    雖然火星現在的自轉軸傾角和地球差不多,但在歷史上,火星的自轉軸傾角有過從約10°到約60°的劇烈動蕩[1]。當自轉傾角很大的時辰,中低緯甚至赤道地區都有能夠像現在的極區一樣,有著適宜水冰存在的高溫;但隨著自轉傾角的減小,中低緯度的溫度隨之增高,地表水冰就呆不住了……

    所以假如是地表水冰的話,答案應當是“沒有”。

    但,地下還是可以有的嘛~假如這些水冰在還沒升華散逸的時辰就被表層土壤埋起來了,就相當于有了一層隔熱層,那末即使是中低緯度也是能夠會有水冰的……吧?

    幾十年前,科學家們經過理論分析和對海盜號獲得的火星大氣數據的分析,就做出了這樣的猜測

    尋覓火星地下水冰的漫冗長路

    這一預(猜)測(想)在新世紀的火星探測高潮中很快就被著陸器和軌道器傳返來的數據證實了。

    2001年發射的火星奧德賽號軌道器搭載的伽馬射線光譜儀GRS(Gamma Ray Spectrometer )初次在火星上探測到了氫的存在,間接證實了火星地下含有水冰[5]。哦對了,這家伙和機遇號火星車一樣,也是個超長待機的主兒,到現在仍在火星上空工作著。

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    奧德賽號的伽馬光譜儀丈量的火星全球超熱衷子量分布。由於超熱衷子被氫原子慢化的效力最高,所以觀察到的超熱衷子量越高攀代表氫的富集度(水冰含量)越高,白線規定的地區被以為地表80cm以下有穩定存在的水冰。

    2008年發射的鳳凰號著陸器就加倍給力了,由於它……間接挖到了水冰……而且既挖到了高純度的水冰,也挖到了滲透在土壤中的純度不高的水冰,可謂一記錄錘 。但鳳凰號的著陸點在火星北緯68°四周,還是挺高的。

    在沒有著陸器和火星車實地挖掘的情況下,我們若何才能曉得,比這更低的中緯度上還有沒有大量的地下水冰存在呢?

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    左下和右下是鳳凰號挖到的兩處水冰示例。

    2009年,亞利桑那大學的Byrne和Dundas團隊提出了一種極為奇妙的方式︰雖然我們不能親身去火星掘地三尺,但自有大自然把地下的物資挖出來給我們看呀!他們經過對中緯地區新發生的小型撞擊坑停止持續跟蹤,發現有些撞擊坑中的明亮濺射物在火星勘測軌道飛翔器(MRO)照顧的CRISM光譜儀的分析中顯現出含有水冰。更重要的是,這些亮斑過了幾個月消失了!這表白,這些年輕的撞擊坑挖掘出簡直實是地下的水冰,然後這些水冰表暴露地表以後很快就升華散逸了

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    左圖的兩處亮斑(水冰)在幾個月後的右圖中消失了。

    這樣的新穎撞擊坑他們一共找到了五處,整體都位于北緯40-55°範圍,證實中緯地區的地下確切有水冰存在[9]。但由於這些年輕撞擊坑都很小,向下挖掘深度只要幾分米,所以這些信息並不能告訴我們這些水冰到底量有多大,垂直分布若何。

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    在北緯40-55°範圍發現了五處地下水冰。底圖是海盜2號經過對火星大氣的丈量預算的地下冰層的能夠深度。

    9年以後的明天,現已轉職去了美國地質觀察局(USGS)空間地質科學中心的Dundas,和Byrne等一眾老隊友一路,處理了這個題目,並把功效頒發在了剛剛出書的《科學》(Science)雜志上[7]。Dundas和同事們再次操縱大自然的巧奪天工,經過具體研討火星中緯度的八處斷崖地貌,“窺見”了火星中緯地區的地下深處。他們發現,火星中緯地區的地下不但有水冰,而且是大量的純清水冰,從地下1-2米一向延長到地下100多米

    火星中緯地區的大量水冰

    Dundas團隊發現,火星中緯地區一些能夠是陷落和滑坡致使的斷崖,在經過了色彩增強處置的超高分辨率MRO HiRISE記憶中很有點紛歧樣︰它們顯現出與四周情況分歧的色彩(也就是下圖右上的藍色地區,不外要留意的是,這里是色彩增強處置過的成果,並不是實在的色彩),表白這些剖面中物資的成份分歧。也就是說,這些斷崖相當于是大自然贈與的自然剖面,可以讓我們從中窺見火星地表以下的地層結構,而這些地層中表暴露來的成份分歧的物資,能夠就是水冰。

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    斷崖形狀示例,aa'、bb'、cc'和dd'對應于右下的四副高程剖面圖,表白斷崖位于陷落和滑坡的高處(後緣)。右上是斷崖部分在HiRISE的色彩增強記憶中顯現出的色彩差別。

    為了證實這一料想,他們在火星中緯度地區苦苦搜尋,共在南北緯55°四周找到了8處有類似特征的斷崖(scarp),全數都非終年輕。其中scarp 1-3三處在夏日中期時的CRISM光譜分析中顯現出了明顯的水冰吸收,表白這里含有純度較高的水冰(雜質不跨越1%),而不是滲透在土壤中的純度不高的水冰。

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    八處研討地區別離是位于南半球的Scarp 1-7和位于北半球的Milankovi€€撞擊坑。制圖︰haibaraemily。按照參考文獻[7]的補充材料繪制。

    經過對剖面形狀、高程和淺層雷達數據的分析,可以猜測這些地區地下地層的垂直機關︰這些水冰的貯存量很是大,從地下1-2米一向延長到地下100多米

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    斷崖之下能夠的地層垂直結構簡單表示圖,固然現實每層的厚度不是牢固穩定的,而是處處罰歧。制圖︰haibaraemily。按照參考文獻[7]的補充材料繪制。

    也就是說,這是第一次在火星中緯地域發現了大量純潔的地下水冰。

    此外,在Scarp 2地區還成心外的發現。經過對照此處時隔三個火星年(約6個地球年)的探測器記憶,Dundas團隊發現這里一些小石塊的位置發生了變化。劃重點︰是位置發生了變化,而不是消失了(說明這些石塊確切是石塊而不是撞擊濺射出來的水冰,由於後者會由於升華而消失)。這表白此處新表暴露來的水冰正在敏捷升華消退(每個夏日消退幾毫米量級),由此引發的地形變化使石塊發生了移動。四周一些其他地區也發現了地貌上的細小變化,能夠也是由於水冰消退引發的。

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    Scarp 2地區小石塊的位置由於水冰的消失發生了變化。圖片來歷︰參考文獻[7] | 翻譯︰haibaraemily

    斷崖表暴露的水冰自己也顯現出了明顯的慎密分層。作者由此猜測,這些水冰能夠是在火星自轉軸傾角較大,也就是中緯地區溫度較低的時辰,由終年的降雪大概霜凍,一層一層不竭壓緊和重結晶構成的。

    這麼多水冰,有用嗎?

    超有用。這里挑兩點說。

    一是可以幫助我們追溯火星歷史上的天氣變化。這些一層一層的冰層,就像我們地球上的地層一樣,忠厚記錄著火星曩昔的天氣和地質歷史,例如色彩較深、較厚的冰層說明那一年火星大氣中含有的灰塵較多……這些已經在對火星南北極冰蓋的冰層研討中獲得了利用。

    科學家證實火星上存在水,移民火星指日可待

    二是可以作為未來登陸火星的宇航員和火星移民的補給來歷。純潔的水冰可以在簡單的處置以後成為人類的飲用水,更可以和二氧化碳(火星大氣中的首要成份)停止反應,發生可供人類呼吸的氧氣和可供作為火箭推動燃料的甲烷 [8]。只不外……唯一的題目是……既想著陸器獲得充足的太陽能供給,又想著陸器著陸在一個富含水冰(緯度不太低)的地方,實在是挺難分身的。

    今朝的火星著陸器,假如是對太陽能供電依靠度較高,那末選址根基會規定在南北緯30°之間,比如接下來的Mars2020。2018年5月行將發射的洞察號火星著陸器,更是把著陸範圍縮小到了北緯3-5°之間。

    所以南北緯55°,對火星載人著陸使命來說…還是…力所不及啊,但可以相沿這個思緒進一步去尋覓位于更低緯度的斷崖,也許有望能找到緯度更低的地下水冰儲備也未可知吧。

    科學家證實火星上存在水,移民火星指日可待

    Mars2020的備選著陸點,斟酌光照身份,一路頭就是在南北緯30°之間尋覓著陸點。不外現在已經又進一步挑選過幾輪了啦。

     

                                                      
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