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表面荒凉,内心火热,科学家:地下深处为火星生命存在的最佳地点

越来越多的证据表明,火星上可能有液态水支撑过生命。对于早期太阳还没那么炙热的时候火星是否有足够的热量融化冰这个问题,科学家证明,可能是有地热从火星深处升起——在这种情况下,生命繁衍的最佳地点应该是地下深处。

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图解:火星上古代河网的证据。

据多次测量的结果来看,目前火星表面是一片荒凉之地。只有尘暴在它干燥的表面浮游;唯一的水是一年四季都存在的永久冰。不过,水曾经在火星表面流动和汇集的证据正在不断增多。

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这种液态水的存在意味着火星本可以支持我们所知的生命……但有一个亟待解决的问题:在太阳系的早期,年轻的太阳更冷、更暗的时候,火星究竟是如何温暖到足以支持生命的呢?

新的研究找到了一个答案:地热可能是自火星内部深处升腾而来的——这样的话,生命繁衍的最佳地点应该是地下深处。

罗格斯大学新伯朗士威校区的行星科学家卢詹德拉·奥哈表示:“在计算机模型中,即使向早期火星大气注入二氧化碳和水蒸气等温室气体,气候模型仍难以维持火星长期温暖潮湿的状况。”。

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图解:在火星上的海拉斯盆地的几个中纬度陨石坑的底部呈现出了异常的平坦和凹陷。新雷达图像支持了一个令人兴奋的假设:巨大的冰川中包裹着冰。有证据表明,这类冰川覆盖的面积比一座城市还大,由于有一层泥土覆盖,冰不会进入到火星稀薄的大气中。

“我和我的合著者认为,如果火星过去有很高的地热,那么至少在一定程度上,黯淡太阳悖论会得到调和。”

黯淡太阳悖论是早期太阳系中液态水的存在与太阳光度较低之间的矛盾。根据我们对恒星演化的理解,太阳形成于46亿年前,在这之后的十亿年左右的时间里,太阳输出的光热只有当前的70%左右。

即使在今天,火星依旧是个寒冷的地方。它到太阳的距离为地球到太阳距离的1.5倍,所接收的太阳辐射能仅为地球的43%。因此,它的平均温度远低于地球——为-63摄氏度(-81华氏度)。当然,这只是平均值;温度确实会上升到水的熔点以上,达到30摄氏度左右(但因为火星上目前的大气压很低,冰会直接升华而不融化)。

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图解:“火星之眼”,其大小会发生变化,这是火星稀薄大气中的风所输送的尘埃造成的。

目前认为,在41亿至37亿年前的火星诺亚时期,火星表面的水是非常丰富的,但是气候模型难以达到-0.15摄氏度以上的温度。

火星从内部加热,长期维持液态地下水的可能性,并不是一个新概念。彗星撞击后从地下深处挖掘出的热液矿物、诺亚纪黏土以及许多地点的地下水成岩作用证据支持内部加热模型。

在地球上,我们看到了高纬度冰原下地热加热的效果。火星地壳中铀、钾和钍等元素的放射性衰变产生的热量会散发到地表;不会太多,但当有厚厚的一层冰阻止热量散失时,就可以聚集足够的热量来融化这层冰的一部分,从而形成冰下湖泊。

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图解:欧洲航天局的“火星快车号”卫星探测到一个明亮的反射层,与地下咸水湖一致。反射来自大约1.5公里以下,覆盖范围为20公里。火星表面的液态水蒸发得很快,但雷达反射所暗示的咸水湖可能会持续更长时间,成为微生物等生命的宿主。

因此,奥哈和他的团队研究了诺亚纪期间火星上发生这种情况的可能性。他们模拟了冰的热物理演化过程,并估算了在寒冷的火星上产生融水和冰下湖泊所需的热量。

然后,他们将其与各种火星数据集进行比较,以确定这在40亿年前的火星上是否可行。他们发现,当时融化次表层水的条件普遍能够满足,火山活动和陨石撞击可能提供了额外的热量。

研究人员说,火星表面可能有一段时间是温暖潮湿的,但气候不会长期保持稳定。火星在它的历史上很早就失去了磁场——为诺亚纪前后的某个时期——一旦磁场消失,类似地球的厚厚的大气层就不会持续太久了。

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图解:现无法确定这些暗条纹为何形成,可能是尘埃雪崩、干冰断裂等情况造成的。类似的条纹已经被拍摄多次,是少数几个季节性改变的表面特征之一。

研究人员说,只有在很深的地下,水才能通过地热加热保持液态,长期保持稳定。如果表面有生命的话,它可能会随着水向内部深层渗透。

“在这样的深度,生命本可以通过水热(加热)活动和岩水反应来维持”,奥哈说,“因此,次表层可能是火星宜居环境中所能维持寿命最长的地方。”

利用声纳装置进行的其他研究表明,尽管冰不融化的原因可能大不相同,但目前火星地下仍存在液态水。科学家认为,因为盐度降低了水的冰点,火星的地下湖泊可能会非常咸。

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图解:火星侦察轨道飞行器拍摄的火星帕沃尼斯蒙斯火山的图像。

科学家们发现了火星上泥火山存在的证据,它是由地下压力将湿润的沉积物向上推出形成的。当然,一旦到达火星地表,水就会升华。但一旦地壳出现破裂,每一个证据都将指向一个全然不同的火星。

三个新的火星探测器于20年7月发射,计划在2021年2月抵达。也许我们很快就能得到更多的答案了。

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图解:“毅力号”火星车在火星表面运行。“毅力号”火星车于美国东部时间2020年7月30日发射,并于2021年2月18日成功登陆火星。主要工作是寻找古代生命的迹象,并收集岩石和块石(破碎的岩石和土壤)的样本

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