作者:Edwin S. Kite 来源:《自然—地球科学》 发布时间:2014-4-15 11:11:58
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大气太薄致古火星极度严寒

 
火星陨石坑暗含着行星古环境的线索。
 
图片来源:Antoine Lucas/NASA/JPL
 
4月14日发表在《自然—地球科学》上的一项研究指出,火星大气可能从未达到使行星表面温度长期处于零摄氏度以上的厚度。尽管针对这颗天体的地形学分析表明,液态水曾在远古时期将火星淹没,但是越来越多的证据显示,这些事件只是反映了偶然的温暖阶段,而非这颗行星历史上一贯的严酷状态。
 
火星上的流水痕迹包括据推测堆积在古老湖泊底部的层状沉积物,以及显然是由大洪水“雕琢”形成的陡峭峡谷和低地。这些都在提醒研究人员,这颗如今又冷又干的红色星球在它的早期历史中也曾温暖和湿润。但是美国新泽西州普林斯顿大学行星科学家Edwin Kite指出,这一切都需要一个比当前厚得多的大气层才能实现,而这一景象现在看来似乎是不可能的。
 
Kite及其同事指出,反对古老火星拥有浓厚大气层的时间超过几千年这一假设的证据,在于这颗行星上陨石坑的尺寸。研究人员提出,如果火星曾拥有密集的大气,那么小型天体在穿越大气层时必定会被分解,就像它们在地球大气层中所经历的那样,而不会被大部分完整无损地保留下来并形成陨石坑。
 
利用火星勘测轨道飞行器拍摄的图像,研究人员分析了位于火星赤道附近一块84000平方公里区域中的300多个陨石坑。从地质学角度而言,这是一块在36亿年来从未发生变化的区域。研究人员发现,其中10%的陨石坑的直径等于或不足50米,而大约10%的远古陨石坑的直径为21米甚至更小。
 
随后,研究小组利用计算机模拟了外来天体撞击火星的情况,并按一系列的大气密度尝试了不同的场景。由于陨石坑的尺寸会因天体撞击火星表面的角度差异而产生不同,因此只是简单着眼于行星最小陨石坑的直径并不会提供远古大气密度的真实信息。Kite同时指出,其他一些因素,例如撞击天体的飞行速度也会对陨石坑的大小产生影响。他强调:“关键不在于最小陨石坑的大小,整个陨石坑的分布规模才是最重要的。”
 
根据研究小组的分析,远古火星大气施加的表面压力可能仅仅是其当前值的150倍。加利福尼亚州莫菲特场市蓝色星球空间科学研究所的天体生物学家Sanjoy Som认为,这意味着当时火星大气层的厚度尚不及一些研究小组提出的使火星表面一直保持零摄氏度以上温度所需大气厚度的1/3。
 
“这是一篇出色的论文。”罗得岛州普罗维登斯市布朗大学行星科学家James Head表示,“它支持了先前的研究,表明早期的火星是冰冷的。”
 
Som强调:“很明显,火星是潮湿的,但我们并不很清楚它到底有多温暖。”
 
Kite及其同事认为,最可能的答案是火星是间歇性温暖的。研究人员提出,火星轴线倾斜角度的规律性变化能够温暖这颗行星并偶尔提供一个具有保护性的大气层。同时火山活动产生的温室气体,或大型天体碰撞释放的气体也会使火星大气层暂时变厚。而由一次大型碰撞产生的热量能够蒸发掉行星岩石中的任何挥发性物质,甚至碰撞天体自身。
 
Head指出,无论是上述任何一种情况都能够使火星大气层变厚几十年或几个世纪。他强调:“这足以使液体在火星表面流动。”根据较早前的一项研究,一颗直径200千米的天体撞击火星所产生的空气压力便足以使火星表面的温度停留在零摄氏度以上达一个世纪。
 
火星的大气密度只有地球的约1%,非常干燥,温度低,表面平均温度零下55摄氏度,水和二氧化碳易冻结。火星那层薄薄的大气主要是由遗留下的二氧化碳(95.3%)加上氮气(2.7%)、氩气(1.6%)和微量的氧气(0.15%)和水蒸气(0.03%)组成的。火星表面的平均大气压强仅为约7毫巴(比地球的1%还小)。(来源:中国科学报 赵熙熙)
 
 
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