地图集

3月,永久改造

火星的表面不断变化。一些斜坡上显示了黑线。这些痕量的液体水流吗?

Alfred Mcewen. 对于Science N°430
本文保留用于科学用户

在火星上发现的水痕迹似乎是平庸的,它已经成为红色星球专家之间的笑话:“祝贺!你是千分之一的人在火星上发现水! »

这些发现中的大多数在长距离水流或当前存在的冰,水蒸气或水合矿物质上休息。液态水的发现,今天,在3月的表面上,可以改变火星探索的过程:地球上有液态水,几乎总是生命。确认火星上液态水的存在恢复了寻找现有的外星生命形式的希望。

2000年6月, 美国宇航局 没有平庸的信息:探针相机 火星全球测量师 已经确定了许多看起来像陆地沟壑的表面结构,这些结构被水流雕刻。新闻稿的新闻稿 美国宇航局 宣布发现沟壑发现,它“今天仍然可以在那里,红色或浅地球表面的液态水来源”。沟壑吸引了许多地貌学家的注意,因为他们认为它们被水流或潮湿的碎片流动挖出。

但几个问题立即提出。数万这些沟壑,有时长度测量几公里,横销在3月平均纬度地区的斜坡。它们涉及大量的液体很难解释。此外,行星的大气压如此之低(占地球的百分比),所有纯表面的表面都不可避免地冻结,迅速蒸发或对接。实际上,温度和压力的条件非常靠近纯水的临界点。

一些研究人员认为,当行星具有更大的气候变化时,沟壑是过去的遗物。然后,在2006年,来自的新数据 火星全球测量师 表明,透明的颜色材料在过去几年中逃脱了峡谷。有必要承认沟壑不是过去的结构:他们继续发展。

虽然在峡谷周围加厚的谜团,但一个新的探针刚刚到达3月轨道: 3月轨道概况认可 ( 米罗 ),在船上 Hi 上升 (高分辨率成像科学实验 对于高分辨率科学成像经验,我是项目经理。 Hi上升, 最强大的相机始于普通探针,很快就会带来至关重要的数据。

山坡上的Zebars

虽然详细的成像 米罗 我的实验室的学生开始了峡谷的奥秘发现了3月表面的奇怪特征,从未观察过:肤浅的Zerburles,流向山坡,并以暗示的方式慢慢增长和随着季节而变化它是液体水流。这些Zebars现在是MARS上液态水最令人信服的证据。他们带来了我们的新想法,解释了一种环境中可能存在的液体水如何是不利的,以及3月份总是留在地面附近的利基的最佳迹象,其中生活将留下来。

从使命开始,我们设计了 Hi 上升 通过考虑到沟壑和其他结构小规模。相机允许我们检查这些功能,而不是到目前为止所做的任何内容。 Hi 上升 可以拍摄火星表面的任何部分,含有低于仪表的分辨率(每像素0.25和0.32米)。探头能够在几个轨道通道期间将相机指向有趣的区域,以检测景观中可能的变化。此外,它可以在立体检查中映射地面,提供三维视图。

由于高分辨率和颜色的组合,以及多年来重复拍摄, Hi 上升 改善了我们对3月表面的了解。我们已经看到了一块表面,岩雪崩,霜和冰,以及肮脏和砂漩涡的新的影响网站 (见图2).

Hi 上升 快速启动其表面映射活动。在南半球的平均纬度地区采取的第一个图像之一表明了使命发现的神秘峡谷的斜坡 火星全球测量师。由于南部冬季,这面对朝南的斜坡在火山口的阴影下。霜冻,基本上冷冻二氧化碳,几乎覆盖了除了一些沟壑的底部的坡度。没有霜冻表明峡谷本身正在发生一些事情。

碳冰空洞沟壑

它花了两个火星年(近四年的陆地年)来惊喜许多沟壑,但数据最终揭示了当二氧化碳霜冻覆盖土壤时的沟壑被转化:新的壁龛正在开发,以及渠道和碎片锥体。我们已经在冷冻二氧化碳的工作中看到(也命名为碳冰或“干冰”)。一方面,在3月的极地地区,二氧化碳的季节性升华(其直接通过固态到气态)产生奇怪的冷喷气机,类似于间歇泉爆发。另一方面,在3月南部的冰和灰尘沉积物上,二氧化碳的升华产生“蜘蛛”,网络中的网络中的网络,由捕获在干冰下捕获的气体流动和引起的侵蚀。我们不观察到地球上的这种结构。

火星的峡谷看起来很像峡谷或地球上的大峡谷,许多研究人员认为它们已经被相同的过程塑造了。然而,我们最终表明他们也可以通过地球上的完全未知的过程形成。通过我的同事,我们最终结束了,二氧化碳触发了没有水的过程形成沟壑,例如干冰的升华,如液体,撕裂岩石碎片和土壤。

假设碳冰空洞使我们允许我们回答几个问题,例如:为什么沟壑最好地在朝向杆的斜坡上形成,在30到40度的南纬,并且在40度之间的所有陡坡之间南纬和杆子?这些是最不阳光的斜坡,这种配置对应于二氧化碳冰的季节性分布。或者:为什么沟壑在南半球比北半球更活跃?鉴于3月份在轨道前期循环中的当前位置,南部冬季比北方冬季更长,因此它在南方积累了更多的霜冻 (请参阅第39页的框).

当干冰覆盖地面时,表面和大气的温度等于二氧化碳的凝固点的温度,即约为-125°C(用于火星大气压)纯净冻结在0°C时,碳冰霜季节是液体水存在的时间最少的可能性。

我开始告诉我,目前火星表面的侵蚀基本上是二氧化碳霜的结果,今天液体水的存在的想法落在水中。在所有关于火星的纬度地区,我们观察到没有实施水的机制,例如风,改变行星表面。但我们还表明,在某些领域,二氧化碳的季节性覆盖率起着同样的作用。

2010年,当学生Lujendra Ojha,致力于数据的数据时,我正处于我的思考阶段 Hi上升, 已经发现了一些非常有趣的东西。他想从一对立体图像创建字段的数字模型 Hi 上升 。我建议使用我们发现频道的山沟的一对图像。第一个图像已经在第二个月前获得了两个月,我们想看看在这段短时间内发生了改变的东西。他比较了图片,以及他发现的是最不好奇的东西。在最近的图像上,许多陡峭的岩石区域下降的暗和窄线,并且在第一图像上不存在这些条纹。

我不知道该怎么想到这些异常线。我们收集了更多信息。首先,我们检查了在陡坡上获得的所有立体对。我们已经录制了数百种图像来学习沟壑,保存完好的冲击陨石坑和岩石基材的露头。在这些照片中,我们已经找到了更多的这些好奇表面特征的示例。每次看到同样的事情:岩石基底附近僵硬的斜坡上的暗线。所有这些线条都位于夏季面临厄瓜多尔的斜坡南部的南部平均水平:最迟到的时期,这也是二氧化碳活性的相反季节。 Devallle的黑线立即提醒水或湿土,但我的同事和我想持续谨慎。

在您可以确定这些强度斜坡根源的根源之前,我们需要收集有关其外观条件的更多信息。我们认为,在明年夏天改革之前,这些夏季流量慢慢增加了数周,甚至几个月,然后在冷季节褪色或消失。

正如我们在第二次夏天南部火星岛之前没有确定炎热的季节流动 3月轨道概况认可,我们不得不等待第三夏季南部,于2011年初,以测试我们的假设。我们选择了六个站点来密切追踪变化,并更多地观察到更多。这些观察结果确认了我们推出的内容,并在期刊上发表了我们的结果 科学, 2011年8月。L. Ojha被尼泊尔的祖国呼叫淹没了电话。

在我们的文章中,我们通过表达式指定流量特征 重复坡度线Eeae (复发斜率线),一个描述现象的名称,而无需拟定其起源的任何东西。如果我们谈到了“水流的痕迹”,我们就会错误地给出了我们确定他们形成的方式的印象。

下午27°C!

但是,在本文的出版期间,我们越来越深信,水在这种现象中发挥了作用。毕竟,经常出现的斜坡线存在于不寻常的环境中:南半球斜坡上的平均纬度,夏季比北方更温暖。探测器的仪器 火星奥德赛 他在这些地区测量,下午的表面温度高达27°C!正温度似乎完全适应液态水的存在,但忘了火星上的大气压低,使纯水蒸发或快速。因此,重复坡度不太可能含有纯水。

如果它是咸水?这是一种不同的物质。根据着陆器和轨道的轨道光谱仪,并通过Martian陨石的化学分析,根据着陆器和流浪者提供的信息,3月的表面非常咸。在3月或表面下面流动的任何水也应该具有高盐含量。

当咸水冷却时,或者它变成一部分冰,其中一些盐一次沉淀或两者均匀。剩余的液体是其“共晶”组合物,即具有盐浓度,允许其在极低低于0℃的温度下保持液体。术语盐应在晶体的一般意义上缔合,将金属离子和非金属离子缔合。其共晶组合物中的硫酸铁或高氯酸钙盐水(MARS上的两个广泛盐)可以保持液体直至-68℃的周围环境。此外,这些共晶液体比纯净水持续得多:它们快速蒸发十倍。共晶盐水的不寻常性质将使它们在火星上比纯净水更稳定,我们开始认为热滑斜坡上的这些奇怪的流动可能是咸水。

我们考虑了其他假设。干燥或几乎干燥的现象,他可以解释这些观察吗?没有纯干法如秋季或山体滑坡,能够解释季节性,渐进的生长和温度敏感性,我们从未观察到任何东西。在月球上接近干燥的明星。

然后,我们设想,诸如水蒸气的挥发性化合物可以发挥作用,甚至是未成年人。如果挥发物质附聚土颗粒,温度升高会使这种胶水升华,允许谷物逃脱,释放,将击败斜坡。但这个假设无法解释为什么重复坡度消失。另一方面,我们假设水流动时流动,然后在晚上冻结。这确实是最好解释观察结果。

盐水流量

这种表面活性也存在于地球上。在南极洲,在盐水的浅径流形成类似的外观的痕迹;现在,研究人员发现生活在这些南极水痕迹中的微生物。但是,峡谷教我们外表可能是误导性的。此外,与我们在地球上观察到的比较有限的相关性:火星晚上的晚上比南极性更冷,活跃的非冷冻土壤更薄。

我们不是第一个团队,甚至还没有第二次建议火星上的液态水。特派团的陈词滥调 凤凰 已经显示了机器人臂脚上的水滴看起来像水滴。这一想法似乎很疯狂,直到我打算谈论潮解过程,当空气的温度和相对湿度同时高温时,盐吸收大气水蒸气。如果翻转 凤凰 在降落时升高了高氯酸盐盐,可以满足这些盐以吸收水并出现液滴的条件。

我们可以通过Delics解释重复的斜坡线吗?这是诱人的,但这是一个过程,从稀土火星空气中,只能产生微小的水,当然不够,使得沿着斜坡流动的洪流,除非机制不允许随着时间的推移逐步积累。

也许由于冰熔化在表面下的重复斜坡线?根据中子遥感的说法,我们知道,平均纬度到浅冰的高隐藏区域。在最近的一些影响陨石坑中,我们发现了 Hi上升, 冰在北半球的纬度下裸露,北半球低至40度,比我们预期的近距离更接近赤道。

这些冰敷是什么样的?在与岩石堆叠的表面下的冰呈现出色,含有小土粉尘。这意味着这种冰不会由大气中包含的水蒸气的冷凝产生, 填充土壤细粒之间的空隙的过程。似乎没有来自降雪的痕迹,这在表面上并不长,并且通过升华来消失。它是想象的而不是盐水从深度扩散,是指在表面下方形成清洁冰层。

这种机制避免了与升华有关的各种困难。因为纯水的冰升华比盐水的冰更快,几乎所有形成在表面浅层深度的冰,在过去的时代在统治着不同的气候,会消失。只有最咸的冰就仍然存在。另一方面,暴露于太阳的陡坡可以在夏天吸收足够的热量,以便在那里发现盐水的冰。

我们有观察到这方面的观察。在将表面加热到最大值时,反复流线的最大活性不是在表面上被加热到最大值的峰值,但在表面下方的浅深度下记录的温度达到几个月后。仍然存在困难:如果夏季气温相当高,以融化咸冰,那么冰储备应该少一点消失。她有效消失吗?经常性斜坡线仅在给定位置处有几年或几十年的活动?储备是否以某种方式重建,我们仍然要发现?

尽管所有这些间接的证据,但到目前为止还没有直接地识别在经常性斜坡线的遗址上。光谱仪 米罗 可以达到这一点,但可能错过了足够的空间分辨率来辨别出在表面上的薄条纹。此外,轨道的轨道 米罗 是这样,探头在3月份在下午连续观察,当水可能不充分甚至在表面上时。由于在实验室进行的研究,我们今天知道,盐水可以在3月的表面稳定,但在一天开始,无论是在夜晚的开始。

当空气在早晨升温时,大气的相对湿度降低,并且在夜间空气冷却时增加。温度和相对湿度既相当高,因此某些类型的盐通过潮解吸收水并保留它。晚上,这个过程可以在日落之后进行,但很难做出目标观察。早上,日出后发生潮解。

3月轨道上的未来空间探针项目具有高分辨率光谱仪,可在当天的不同时间使用。他们可以最终确认液态水(或体弱!)的存在。

极端有利的环境?

如果重复的斜率线反映存在液态水,则该问题将是适应高盐度的微生物的生物环境。我们在地球上的极端生物的知识中取得了很大的进展(这些物种可以在非常低或非常高的温度,干旱或极端盐度,强烈暴露于辐射等)。我们知道这些生物不含量以存活,但也可以在一些液体低于-20°C的温度下再现。

一些共晶的解决方案不适合(对我们的知识),因此在地球上有液态水并不总是如此,有生命。但在许多复发性坡度线位,它可能超过-20°C,直到夏日某些地区的深度为几厘米。红色星球的极端情况,如果它们存在,可能会更容易宽容到极端马克,而不是陆地微笑。

所有这些都仍然猜测。目前,我们努力了解重复坡度线的性质。我们现在已经确定了许多具有此类积极皱纹的网站,而不是在我们的初始工作中。其他研究人员在南极洲进行了实验室研究和实地研究,试图在地球上观察和繁殖 Hi 上升 从他的三月左右看。我们希望我们能够成功解释这种现象并确认液体水真的负责重复的斜坡线。也许在3月1日3月的众多水域中e sera la bonne !

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