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新发现:火星全球地下水系统的第一证据!附详细解析
发布时间:2019-11-04
 
新发现:火星全球地下水系统的第一证据!附详细解析

博科园:本文为天文学/太空探索类

“火星快车”号首次发现古代相互关联的湖泊系统地质证据,这些湖泊曾深埋在火星表面之下,其中5个湖泊可能含有对生命至关重要的矿物质。火星似乎是一个干旱的世界,但它的表面显示出令人信服的迹象,大量的水曾经存在于这个星球上。

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我们看到了一些需要水才能形成的特征(例如,分叉的水流通道和山谷)就在去年,火星快车号探测到火星南极下有一个液态水池。一项新的研究揭示了以前只能通过模型预测的古代火星地下水范围。荷兰乌得勒支大学(Utrecht University)的首席作者弗朗西斯科·萨莱斯(Francesco Salese)说:

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博科园-科学科普:早期火星是一个水的世界,但随着地球气候的变化,这些水退到地表以下,形成了水池和‘地下水’。我们在研究中对这些水进行了追踪,因为其规模和作用尚存争议,发现了火星上存在全球地下水系统的首个地质证据。Salese和同事们在火星北半球探测了24个封闭的深坑,其底部大约低于火星“海平面”4000米(考虑到火星上没有海洋,这个高度是根据海拔和大气压力在火星上随意定义的)。在这些陨石坑地面上发现了只有在有水的情况下才能形成的特征。许多环形山有多种特征,深度均在4000米至4500米之间,这表明这些环形山曾经有过随时间变化和消退的水池和水流。

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这是在火星一个深盆地中发现的特征,表明它在数十亿年前受到地下水的影响。图片:NASA/JPL-Caltech/MSSS

其特征包括蚀刻在火山口壁上的沟渠、侵蚀地下水形成的山谷、被认为是随着水位上升和下降而形成的暗色弯曲三角洲、由静水形成的火山口壁内的脊状梯田,以及与流动的水有关的扇形沉积物。海平面与假设的火星海洋海岸线一致,该海洋被认为存在于30亿至40亿年前的火星上。共同作者,意大利国际行星科学研究学院院长Gian Gabriele Ori说:我们认为这片海洋可能与遍布整个星球的地下湖泊系统相连。这些湖泊可能存在于大约35亿年前,所以可能与火星海洋是同时代的。

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火星上水的历史是复杂的,它与了解火星上是否曾经出现过生命有着千丝万缕的联系。研究小组还在与地球上生命起源有关的五个环形山中发现了矿物迹象:各种粘土、碳酸盐和硅酸盐。这一发现进一步证明,火星上的这些盆地可能曾经拥有生命存在的条件。此外,它们是唯一的深到足以与火星地壳的水饱和部分相交很长一段时间的盆地,证据可能仍然埋藏在今天的沉积物中。探索这样地点可能会揭示适宜于过去生命存在的条件,因此与太空生物任务高度相关,例如欧洲航天局和俄罗斯航天局的联合奋进号(ExoMars)。

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这张图片展示了最近在火星地下水研究中发现一些深坑的分布情况。背景图像以代表地形的颜色显示:红色和橙色是较低的海拔,蓝色和绿色是较高海拔。研究发现,这些盆地的底部有4000多米深,显示出过去有水存在的迹象——这是第一个地质证据,证明这颗红色星球曾经有一个相互连接的地下水湖泊系统,分布在整个星球上。图片:Topography: NASA/MGS/MOLA; Crater distribution: F. Salese et al (2019)

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当ExoMars微量气体轨道器已经在从上面研究火星时,下一个任务将于明年发射。它包括一个火星漫游者(最近以罗莎琳德·富兰克林的名字命名)和一个表面科学平台,将目标和探索火星上被认为是寻找火星生命迹象的关键地点。这样的发现非常重要,将帮助我们确定火星上最有希望发现过去生命迹象的区域。尤其令人兴奋的是,在这颗红色星球——火星快车上取得如此丰硕成果的一项任务,如今在帮助ExoMars等未来的任务以不同方式探索这颗行星方面发挥了重要作用。这是一个伟大的例子,任务一起工作,并取得了巨大的成功。

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这张图(下图)展示了火星上陨石坑盆地是如何随着时间的推移而演变,以及它们曾经是如何蓄水的。这个模型构成了对火星地下水一项新研究的基础,该研究发现,一些地下深度超过4000米的深盆地显示出曾经含有水池的迹象。图片(来自NASA火星勘测轨道飞行器上的背景摄像机)展示了在盆地中观察到的不同特征的例子。有三个主要阶段:第一阶段(顶部),火山口盆地被水淹没,与水相关的特征——三角洲、侵蚀的山谷、河道、海岸线等——形成内部。在第二阶段(中期),全球范围内的水位下降,新的地貌出现。

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在最后的阶段(底部),陨石坑干涸并被侵蚀,在过去几十亿年形成的特征被揭示出来。图片:NASA/JPL-Caltech/MSSS; Diagram adapted from F. Salese et al. (2019)(上图)。火星快车于2003年6月2日发射升空,并于去年进入太空15年。这项研究使用了欧洲航天局火星快车上的高分辨率立体摄像机(HRSC)、美国宇航局的高分辨率成像科学实验(HiRISE)以及美国宇航局火星勘测轨道飞行器上摄像机的观测结果。根据来自HRSC和美国宇航局火星轨道激光高度计的数据,使用了一个数字地形模型。火星上涌地下水的规模,以及它与沉积系统的关系,仍然是一个持续的争论。

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在北赤道地区的几个深坑(盆地)显示了令人信服的迹象,在整个星球范围内,表明火星上曾经存在着大量的水。水形成特征的存在,包括河流吉尔伯特和侵蚀谷补给的侵蚀三角洲,构成了地下水上涌导致盆地内长期存在水体的有力证据。陆域证据表明,不仅在松散沉积物中,玄武岩基岩中也可能存在侵蚀谷。研究人员提出了一种假设,该假设考虑了观测形态与假设的地下水位之间的海拔差异,并将其描述为“堤限水”模型,该模型已在地球上存在,并首次在火星地质文献中引入。

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只有本研究中考虑的最深的盆地,那些在火星基准面以下海拔深度超过-4000米的盆地,截获了水饱和带并显示出地下水波动的证据。在全球范围内发现这些地下水排泄点,有力地表明,假定的火星海洋与在海斯帕拉时期由于地下水波动而形成的各种沉积沉积物之间存在联系。这一新发现的水形成特征证据大大增加了生物特征被埋藏在沉积物中的可能性。这些深盆地(地下水湖泊)将是未来勘探任务的兴趣所在,因为它们可能提供适合生命存在的地质条件证据。

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博科园-科学科普|研究/来自: 欧洲航天局(ESA)/Markus Bauer

参考期刊文献:《地球物理研究》

DOI: 10.1029/2018JE005802

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