火星|火星的水资源没有流失!科学家苦寻多年,原来藏在火星地下

此刻的NASA毅力号火星车 , 正在火星表面寻找水的痕迹 。 不过 , 地球上的科学家们却已经取得了重大突破:如果想找火星上的水 , 不如去火星的地下找一找吧 。
今天的地球 , 是太阳系唯一拥有生命的星球 , 也是最宜居的天体 。 但是 , 情况并不一直是这样 。 在数十亿年前 , 至少有一颗星球比地球更宜居 , 那就是火星 。
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(图片说明:右侧为远古火星表面环境假想图)
别看今天的火星十分荒凉 , 了无生机 。 在太阳系的早期 , 它不仅拥有浓厚的大气层 , 而且表面流淌着大量的液态水 , 形成了江河湖海 , 蔚为壮观 , 比今天的地球更加漂亮 。 如今 , 沧海桑田 , 地球成为了生命的家园 , 火星却成了炼狱 。 如果不是有先进的科技 , 恐怕谁都不会知道这颗红色的行星上曾经有那么舒适的环境 。
此刻 , NASA的毅力号火星车就在火星表面游荡 , 它所在的位置就是耶泽洛陨石坑 。 科学家发现 , 这片跨幅45公里的盆地 , 极有可能是火星远古湖泊冲击而成的三角洲 。 直到今天 , 我们依然可以看到入水口和出水口的典型地貌 , 这就是有力的证据 。 直到35亿年前的时候 , 这里还是一处宁静而又美丽的湖泊 。
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这还只是冰山一角 , 根据科学家的估算 , 当时火星表面的水资源 , 甚至足以覆盖整个火星表面 , 并且达到100-1500米的深度 。
然而 , 今天的火星表面 , 比地球上的撒哈拉沙漠还要干燥 , 是一个彻彻底底的死寂世界 。
科学家们认为 , 火星之所以从天堂变成了地狱 , 主要原因在于它没有磁场 。 在地球上 , 生物之所以能够不被太阳的辐射伤害 , 就在于地磁场的保护 。 而火星没有磁场 , 别说生物 , 它甚至连自己的大气层都保护不了 。 随着太阳释放出来的高能等离子体不断撞击在火星上 , 火星大气中的气体逐渐被它们撞到宇宙空间 , 于是火星就只剩下今天这个稀薄的大气层 。
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在这个过程中 , 空气中的水蒸气就这样逃逸到了宇宙空间 , 然后地表水更容易蒸发或者升华 , 再进入到太空中 , 这就导致今天只有极少的水以冰的形式残留在火星的极盖中 。
但是 , 最近的一项研究告诉我们:远古火星上的水并不一定真的逃逸到宇宙中去了 , 它们很有可能仍然藏在火星上 , 但不是火星表面 , 而是深藏于火星的地下 。
Eva L. Scheller是加州理工学院地质学专业的研究生 , 在一项由NASA资助的研究项目中 , 她和她的团队取得了这个惊人的发现 , 并在《科学》杂志上介绍了这项成就 。
Scheller介绍说:“我们的研究表明:地壳中有我们所说的水合矿物质形成 , 因此 , 这些矿物质的晶体结构中其实是含有水分的 。 ”
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这不是最惊人的 , 更加令人震惊的是 , 他们的模型告诉我们:虽然的确有一部分水逃逸到了太空中 , 但以这种方式损失的水量远没有想象的那么多 。 反而是火星地壳中所含的水分超出了人们的想象 , 至少当初火星表面30%的水都保留在这里 , 最多甚至可能保存了当初99%的水分!
换句话说 , 导致火星表面环境看起来极其干旱的罪魁祸首 , 可能并不是太阳风 , 而是火星自己 。
当然 , 科学研究不能靠空口白牙 , 他们得出这个结论的基础 , 来自于水分子中的组成元素之一——氢 。
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(图片说明:水分子)
通常我们提到的氢原子 , 都是由一个质子和一个电子组成的 。 但是 , 氢元素包含着三种不同的同位素 , 刚才提到的叫做氕 , 除此之外还有氘和氚两种 。 其中 , 氘的原子核包含一个质子和一个中子 , 氚则还要多一个中子 。 这两种同位素含量都非常少 , 以氘为例 , 只占了氢元素总量的0.02%左右 。
由于多含一个中子 , 因此氘的重量要比普通的氢原子更重一些 , 因此又被称为重氢 。 就像胖子比瘦子更不怕风吹走一样 , 在火星大气中的水分子中 , 包含了氘的重水也相对更不容易被吹走 。
研究人员通过火星上氘和氕的含量比例 , 可以推测出火星上水的逃逸速度 。 当他们将这个数据和火星探测器观测到的氢逃逸速度相比 , 发现二者并不一致!这意味着 , 火星上氘和氕的比例 , 决不能仅仅用大气大逃逸来解释 。
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(图片说明:研究人员对火星诺亚纪、赫斯伯利亚纪和亚马逊纪的水分逃逸模拟)
因此 , 研究人员提出:除了随着大气层一起流失的部分之外 , 还有一部分水被火星的地壳所捕获 。 虽然你可能觉得奇怪 , 因为水和石头产生化学反应是不太可能的事 , 但是在漫长的岁月里和行星的气候变迁下 , 二者的确会相互结合 , 岩石的成分会获得结晶水 。
这种现象叫做化学风化 , 在地球上经常发生 , 火星亦然 。
但不同之处在于 , 地球是有板块构造的 , 因此进入到地壳中的水可以通过火山的喷发而重新回到地表 。 火星就不一样了 , 它的内部没有地球这样的板块构造 , 是一片死寂的世界 , 因此这里的水再也没有回到火星表面的渠道了 。
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(图片说明:火星水分流失的两种渠道)
研究团队利用模拟发现 , 在距今40亿到37亿年前 , 火星表面的大部分水就流失了 。 到了距今30亿年前的时候 , 火星“差不多就和我们今天所看到的一样了” 。
当然 , 这次研究也不能说就盖棺定论了 , 它给NASA的毅力号火星车提供了一个研究的方向 , 可以帮助该项目的科学家们进行定向的研究 。 她自己也表示 , 能为毅力号火星车指出可能的研究方向 , 对她来说十分振奋 。 她说:“事实上 , 毅力号火星车将要探索的 , 恰恰就是将水封存在地壳里的过程和反应 。 ”
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(图片说明:毅力号火星车)
因此 , 论文的发布绝不是一个结束 , 而是另一个开始 。 研究团队已经开始模拟可能出现的各种结果 , 并准备与毅力号未来的数据进行对比 , 找出模拟中的问题 , 确认其中正确的部分 。 在这个过程中 , 我们距离事实的真相也将越来越近 。
【火星|火星的水资源没有流失!科学家苦寻多年,原来藏在火星地下】火星为何从生命的天堂变成了不毛之地 , 它到底经历了什么 , 一直是科学家们非常好奇的问题 。 随着科学家们的不断探索 , 我们终将会还原历史 , 见证火星在几十亿年时间里所经历的 岁月变迁 。


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