天文科学

科学曙光:解开隐藏在火星背后的冰霜之迷

在美国国家航空航天局的奥德赛轨道飞行器上的热成像系统相机的这些图像中,呈现出蓝白色的是主要由二氧化碳组成的火星表层霜冻,而这也是在人眼可感知的可见光和热敏红外线下的拍摄图像。

在奥德赛轨道飞行器上的热成像系统相机的这些图像中可见,主要由二氧化碳组成的火星表层霜冻呈现出蓝白色,而这也是在人眼可感知的可见光和热敏红外线下的拍摄图像。
来源:美国国家航空航天局/喷气推进实验室-加州理工学院/亚利桑那州立大学

一项来自于美国国家航空航天局火星-奥德赛轨道飞行器数据的新研究可能会解释为什么火星霜冻肉眼不可见,以及为什么尘埃雪崩出现在一些斜坡上。

去年,当科学家研究火星-奥德赛轨道飞行器在黎明时分拍摄的火星表面图像时,感到很困惑。因为当他们用人眼可感知的可见光观察表面时,他们可以看到那被日出照亮的幽灵般的蓝白色晨霜。但用轨道飞行器的热敏相机观察时,霜冻却出现得更广,包括在没有可见的地区。

科学家知道那一夜之间形成的霜冻,主要由二氧化碳组成,且基本上是干冰,通常在红色星球上表现为霜冻而不是水冰。但是为什么这种干冰霜在某些地方是可见的,而在其他地方却看不到呢?

在发表于上个月《地球物理研究杂志:行星》的一篇论文中,这些科学家提出了一个令人惊讶的答案,该答案很有可能解释了日出后是如何引发正在重塑地球的尘埃雪崩。

这些黑暗的条纹,也被称为“斜坡条纹”,是由火星上的尘埃雪崩引起的。2017年12月26日,美国国家航空航天局火星勘测轨道飞行器上的 HiRISE 相机捕捉到了它们。

这些黑暗的条纹,也被称为“斜坡条纹”,是由火星上的尘埃雪崩引起的。2017年12月26日,美国国家航空航天局火星勘测轨道飞行器上的 HiRISE 相机捕捉到了它们。
来源:美国国家航空航天局/喷气推进实验室-加州理工学院/亚利桑那州立大学

从霜冻到蒸汽

奥德赛号于2001年发射,是美国国家航空航天局最长寿的火星任务,并携带有热发射成像系统。这是一种红外或温度敏感型相机,可提供火星表面独有的视图。目前奥德赛轨道提供的是当地火星时间-早上七点的独特视角。

“奥德赛的早晨轨道产生了壮观的照片,”南加州 NASA 喷气推进实验室的西尔万·皮奎说到,同时他也是这篇论文领导者,“我们可以看到日出的长影,是因为它们延伸到表面。”

由于火星的大气层太少(密度仅为地球的1%),太阳迅速照射一夜之间积聚的霜冻。但干冰不会融化,而是在几分钟内蒸发到大气中。

与皮奎合作的是来自于加州理工学院的实习生卢卡斯·朗格,他首先注意到出现了许多在地表看不到霜冻的低温特征。而这些温度出现在地下几十微米的地方 ,就是在差不多是人类头发宽度的地表以下。

在论文中,作者提到他们看到的是“肮脏的霜冻” ,也就是干冰霜与细小的尘埃混合,在可见光下遮挡它,但在红外图像中却没有。

这些深色条纹,也被称为“斜坡条纹”,是由火星上一个名为阿克龙-福斯的区域的尘埃雪崩引起的。2006年12月3日,美国宇航局火星勘测轨道飞行器上的 HiRISE 相机捕捉到了它们。

这些深色条纹,也被称为“斜坡条纹”,是由火星上一个名为阿克龙-福斯的区域的尘埃雪崩引起的。2006年12月3日,美国宇航局火星勘测轨道飞行器上的 HiRISE 相机捕捉到了它们。
来源:美国国家航空航天局/喷气推进实验室-加州理工学院

融化的霜冻和雪崩

这种现象导致科学家们怀疑“肮脏的霜冻”也可能解释了一些黑暗的条纹,这些条纹可以沿着火星斜坡延伸3300英尺(1000米)或更多。他们知道这些条纹基本上是由尘埃雪崩引起的,这些雪崩慢慢地重塑了整个星球的山坡。科学家认为,这些尘埃雪崩可能看起来像一条拥抱地面的尘埃河,在后面释放出一堆蓬松的物质。当灰尘在几个小时内向下移动时,它会暴露出下面较暗物质的条纹。

这些深色条纹与另一种更丰富的种类不同,它称为反复出现的斜坡线,它们一季又一季地在同一个地方重复出现数周(而不是数小时)。曾经被认为是由盐水从山坡缓慢渗出的结果,现在通常认为斜坡线是由干燥的沙子或灰尘流动引起的。

他们在最近的研究中绘制了斜坡条纹,作者发现它们往往出现在早晨霜冻的地方。研究人员提出,这些条纹是由蒸发的霜冻产生的,产生的压力刚好足以松动尘埃颗粒,从而导致雪崩。

这些假设进一步证明了这颗红色星球是多么的令人惊讶。

“每次当我们向火星发送任务时,我们都会发现不一样的新过程。”来自北亚利桑那大学的论文合著者克里斯爱德华兹说。“我们没有任何事物与地球上的斜坡条纹完全相同。你必须超越你在地球上的经历来思考,才能理解火星。


参考来源:
[1]Mars Odyssey | NASA

[2]Mars Odyssey Orbiter – NASA Mars

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  1. 等着欧罗巴表面冰被解密的一天

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