火星确认存液态"浓盐水":寻找外星伙伴第一步

2015年09月29日01:00   新浪科技 微博    收藏本文     
这一发现强有力地支撑了火星上的季节性斜坡文线是由水活动所致这一假设。(供图/NASA)这一发现强有力地支撑了火星上的季节性斜坡文线是由水活动所致这一假设。(供图/NASA)

    文章来源:科通社

  文/记者 白竟楠

  北京时间9月28日23点30分,美国NASA发布了重大新闻,称光谱仪器监测证据证明了之前火星表面有液态水的猜想,且为高含盐度水。《科技生活》在第一时间获取到了关于此次光谱监测结果的论文,这是“迄今为止最有力证据”证明在现在的火星上有含盐液态水,他们还找到了火星上存在由咸水所致的水合盐的证据。

  火星表面有高盐度卤水

  美国宇航局火星探测项目首席科学家麦克·迈耶(Michael Meyer)在发布会上表示,我们花了数年时间、用了许多航天器来解开这一谜团,现在我们知道了这个寒冷而荒芜的星球表面存在液态水。这是人们围绕火星研究的关键问题之一。

  人类对火星的探测一直以来主要围绕着两个问题:一是水,二是生命。与探测生命相比,火星是否存在水这个科学问题更加有“科学性”,因为水是生命存在的前提。

  人类早已发现火星上有季节性斜坡纹线(Recurring slope lineae,RSL),并且推测这些纹线是由于火星上的流水而造成的。根据火星地形、地貌、化石等印记,科学家基本达成火星曾经是一个有着大片海洋星球的共识,科学家认为,火星大气可能在远古发生了重大事件,导致大气流失,不足以维持住表面的液态水,使得地表水逐渐消失,变成如今干涸的状态,今天的火星表面,比撒哈拉沙漠都要干燥。随着火星大气变薄,寒冷逐渐侵占了火星,使得火星大多数地区出现了雪和冰。但是关于流动液体水今天是否还有,一直是科学家们在探索的主题。  

除了NASA资深科学家之外,还有来自佐治亚理工学院的研究生——卢金德拉·欧嘉。欧嘉通过研究从火星传回的照片,首次发现了火星上存在流动水的证据。(供图/NASA)  除了NASA资深科学家之外,还有来自佐治亚理工学院的研究生——卢金德拉·欧嘉。欧嘉通过研究从火星传回的照片,首次发现了火星上存在流动水的证据。(供图/NASA)

  然而,NASA今天这一发现,为之前种种对于存在液态水的假设提供了确凿的依据。

  在火星上,盐物质与水的流向是一致的,各种各样的盐,例如硫酸盐、氯化物、高氯酸盐,都在火星的表面被发现,在它们的共同作用下,在火星表面形成了一条条神秘的纹路,这些纹路会随着季节的变化在斜坡上出现和消失。在火星表面的这些特征——季节性斜坡纹线显示,可以假设浓盐水在火星表明的流动情况。但是,这个说法一直缺乏证据。

  根据此次NASA通过高分辨率光谱图像显示,这些狭窄的纹路沟壑其宽度一般小于五米,在温暖的季节会出现在斜坡上形成沟壑,然后在寒冷的季节消失。也就是说,随着火星的四季变化,季节性斜坡纹线是一直在变化的,这些变化说明,卤水(Brine,浓盐水,卤水指盐类含量大于5%的液态矿产)很可能是这个变迁之中的参与者。而在此之前,光谱航天器所提供的数据像素比较粗糙,对火星表面的纹路进行分析时并没有发现盐和水。

火星上的暗窄条纹(供图/NASA)火星上的暗窄条纹(供图/NASA)

  此次研究是由佐治亚理工学院的科学家琳德拉·奥哈(Lujendra Ojha)和他的同事们运用了一种新的光谱分析手段来观察火星光谱线,从而发现了上面的高盐度卤水特征,由此为火星上存在液态水假设提供了有力证明。

  此次研究的论文发表在《Nature Geoscience》(英国多学科学术期刊《自然-地球科学》)期刊上,论文摘要部分最后一句写到:我们的研究结果强烈支持假设季节性斜坡纹线是由于火星上现代水流动的结果。

卢金德拉·欧嘉从法国视频连线,他表示长期以来他们一直觉得火星上的暗色条纹与水有关,但“直到现在一直无关键证据”。(供图/NASA)  卢金德拉·欧嘉从法国视频连线,他表示长期以来他们一直觉得火星上的暗色条纹与水有关,但“直到现在一直无关键证据”。(供图/NASA)

   液态卤水如何形成?

  光谱为什么能分析出在遥远的火星上有水?中国科学院紫金山天文台研究员季江徽说,实际上,光谱监测之后所形成的是数据,再将数据绘制成谱线,在天文学中,这些谱线中如果有凹进去的“吸收峰”,这就是水的特征峰,从而可以判断水的存在。之后,通过光谱来进行推论,将光谱监测到的水与纹路的活动性联系到一起,来研究纹路附近成分的变化,最后来确定这些季节性斜坡纹线是由水形成的。

纽约时报率先披露,在火星表面发现液态水的迹象。(供图/NASA)纽约时报率先披露,在火星表面发现液态水的迹象。(供图/NASA)

  在地球上,液态水如果想要在山川大陆上留下侵蚀痕迹需要很长的时间,甚至多达几百年,而为何火星过几年就会有几条新的纹路形成呢?专家解释说,这是因为火星独特的气候原因造成的,水很容易留下纹路,在蒸发之后这些纹路久久都会存在。

  不过,熟悉火星的人都知道,火星是十分干燥的,而且稀薄的大气无法把水分聚集在云层中,那么,火星又是如何能存得住液态水的呢?

  中国科学院国家天文台研究员李竞说,在火星的表面几乎不能存在液态水,在火星的水几乎只有两种状态:固态或者气态,这是由于火星的大气压力和气候条件等限制所致。火星的大气压只有地球的百分之一,火星的气温很低,水会结成冰,如果冰化成水,就会一下子变成气体,而由于火星的大气层很稀薄,所以不会在云层聚集大量的水分,而会散发到宇宙中去。不过,这个理论是建立在假设火星上的水是“地球水”的基础之上,如果“火星水”中含有其他的物质,情况可能会有所改变。

卢金德拉·欧嘉解释说高氯酸盐使得水能在低温环境下呈液态。(供图/NASA)卢金德拉·欧嘉解释说高氯酸盐使得水能在低温环境下呈液态。(供图/NASA)

  美国的科学家们曾经在实验室内模拟了两种情形:在只有高氯酸盐的实验里,科学家们将1毫米厚的盐层放在温度可控的盘子或者类似火星的泥土上。即使过了三个小时,仍然没有形成任何液态水。这暗示了潮解(由固体变成溶液的过程)并没有发生,它不太可能是火星上非常重要的过程。当研究人员将高氯酸盐或者盐渍土放在3毫米厚的冰层上,当室内温度达到-73摄氏度时,液态水在数分钟内就形成了。这样的条件恰好处于“凤凰号”着陆点观察到的一系列火星环境条件范围内。(凤凰号火星探测器于美国东部时间2008年5月25日19时53分在火星北极成功着陆)

  这两个试验证明,在火星的一定环境中,一定分量的盐和冰放在一起会发生潮解现象。

  季江徽说,无论是火星表面的地貌、河床还是曾经被搬运过的石头,都能为火星曾经有大片的水提供证据,在此之前也做过关于火星可能有大量冰或水的探究,不过这些结论都是推测,如今的这份论文将这些推测都证实了。

  但是,论文称,至于这些水从哪里来,现在从季节性斜坡纹线上来看还不是很清楚,可能来自地表或地下的冰,但是不太可能来自赤道附近某纬度的近地表冰层。季江徽说:“根据我的个人猜测,这些水更有可能来自于地下向地上的运动而渗透的,不过也只是一种猜测。”

   这一发现意味着什么?

  早在2008年,美国密歇根州立大学凤凰号探测器研究小组成员、大气海洋和空间科学教授尼尔顿·雷诺(Nilton Renno)首次注意到,凤凰号发回的图片里有奇怪的水珠。在接下来的几周里,水珠似乎在增大和合并。虽然雷诺认为它是水珠且火星表面的盐分是导致水珠形成的主要原因,但很多他的同事对此并不认同,因为在火星上从未发现过盐。数年之后,“好奇号”漫游车在火星其它地区发现了高氯酸盐的存在,现在科学家们相信火星表面的确存在高氯酸盐和其它盐。如今的这一结果,终于被“砸实”了。

  在地球上,只要存在水的地方就一定存在生命,生命的形式可能不是高级物种,但却和人类一样有“生命体征”。火星发现流动的液体,这就有了能支持生命的功能,火星上存在生命的可能性或许比想象的更高。相比之下,古代的火星可能更适合生存。

  雷诺曾经说,无论是现在还是过去,水都不需要永远保持液态以支持微生物的存在,在地球上就发现了北极盐水和充满盐水的冰巢存在微生物。

  不过,水是生命的必要但不充分条件,这只是必备条件之一,除此之外,还需要适宜的温度、矿物质、大气等条件,才能支持生命的要求。或许,人类已经迈出了寻找外星伙伴的第一步。

  (本文由北京科技报《科技生活》周刊采编制作,新媒体编辑/房永珍。版权作品,转载须得到授权。合作联系微信:科通社)

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文章关键词: 火星NASA盐水

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