火星发现大型地下湖泊!科学家用尽“洪荒之力”

出品:科普中国

建造:太空精酿

监制:中国科学院计较机收集信息中间

昨天夜间,新一期的《科学》杂志发布了一个年夜新闻:欧空局的火星快车号探测器在火星南极极冠之下1.5千米处,发现了一个直径达到20千米的地下水富集区域,极有可能是个庞大的湖泊,相较而言杭州西湖最宽处仅仅3.2千米。火星地下湖的发现,是探测火星汗青上里程碑式的重年夜发现。

42166d224f4a20a483db601d9c529822730ed027.jpg发现地下湖的火星南极极冠(图自:NASA)

1. 年夜量水源的发现意味着什么?

水是生命之源,年夜量的水极有可能孕育生命,地球上生物多样性已经足够说服所有人相信生命的无限潜力,究竟结果地球上年夜洋底部的火山口情况中都能孕育各类生命,更别提地球上还有近800种生命力极其强悍的水熊虫物种(没传闻过的读者可以搜刮下,感触感染下这物种的恐怖!),火星这个地下湖的前提也可能孕育。

eac4b74543a9822646dc74fd8682b9014b90ebcf.jpg年夜洋底部的火山口温度极高、几乎没有氧气,但依然有生物普遍存在于周边(图自:NASA Science)

火星南极极冠四周持久处于冰冷状况,绝年夜部门是二氧化碳干冰,地下湖地点的位置温度也低至-60度摆布,没有结冰、很高的导电率申明水中富含各类盐类,是高浓度卤水。

按照此前好奇号火星车的研究,火星上高氯酸盐并不罕有,那么这个水湖中很有可能消融了年夜量的高氯酸盐,而中学常识告诉我们,加热氯酸钾就能发生氧气。同时,水自己是一种优异的能量转换介质,电解(例如利用太阳能和核能)发生氢和氧都是人类所亟需的,氧气可用于呼吸,液氧液氢也是主要的火箭燃料。

液态水、仅仅极冠之下1.5千米深,这意味着操纵起来难度并不年夜,同时还有一个重点:这只是发现的第一个。

2. 谁发现的?

科学家们的阐发数据来自欧空局第一个火星探测器火星快车号。它本家儿要得名于2003年的6月的发射窗口是6000万年以来火星与地球之间达到的比来状况,只需要半年摆布即可抵达(6月2日出发12月25日圣诞节抵达),如同快车一般。不外时候一晃曩昔了15年,它的轨道器至今依然在火星工作。

279759ee3d6d55fb72032afc61224f4a21a4dd27.jpg火星快车轨道器和小猎犬二号着陆器(图自:NASA)

此前的美苏/俄探测其实遭遇过太多不幸的掉败,欧洲人并没有把所有的鸡蛋放在一个篮子里,这颗探测器的预算也相对较少,仅为3.5亿美元摆布。为了节流当作本,这个火星快车和欧空局的别的两个主要使命--探测彗星的罗塞塔号、探测金星的金星快车号--利用根基一样的卫星平台。它还尽量实现低当作本、多功能,搭载了一个英国本家儿要负责研发的小猎犬二号火星着陆器,这个小猎犬二号与昔时两次载着伟年夜生物学家达尔文发现物种发源和进化论的风帆同名。欧洲人对此次使命的等候可想而知。

不外很不幸,小猎犬二号当作功下降火星后并没有正常工作。《变形金刚》系列片子也标的目的这位伟年夜的人类使者致敬,在片子开首中小猎犬二号是在火星被险恶势力霸天虎的红蜘蛛发现并粉碎,红蜘蛛也是以发现了小猎犬二号就来自隔邻的地球,最终将《变形金刚》的战火烧到了地球!

3. 科学家们都有哪些手段在火星发现水?

汗青上人类共有55个火星探测使命,可是当作功率只有可怜的53%,毫无疑问,几乎每一个使命都将发现水作为一个主要研究偏向。凡是来讲,探测火星使命本家儿要有三种:轨道器,飞在空中;着陆器,下降心猿意马点勘测;火星车,可以移动。分歧的使命也能在分歧的维度进行阐发,对水的探测手艺大要有如下几类:

· 遥感摄影。NASA的轨道窥伺器(2005工作至今)携带了一个口径高达0.5米的高精度不雅测相机,它可以对火星实现分辩率0.3米的高清绘制,它曾经在2011年拍到过卤水在斜坡上汇聚当作溪流的壮不雅气象。

54fbb2fb43166d228cb2494e4a2309f79152d227.jpg轨道窥伺器拍到的年夜量水流陈迹(图自:NASA)

· 氢原子全球监控。NASA的奥德赛号轨道器(2001工作至今)借由探测仪器发现了氢原子在火星地下年夜量存在,尤其是在火星南北极底部、奥林帕斯山山坡等地,空气中的氢原子含量甚至在周期性转变,这是最早坐实火星上普遍存在水的轨道器。后来的NASA年夜气专家使命、欧洲的ExoMars使命都丰硕了这个阐发。

· 雷达。本次的重年夜发现就由欧洲的火星快车号(2003工作至今)上雷达完当作,经由过程阐发雷达回波研究泥土介电常数,当干燥的泥土中呈现年夜量的水分时介电常数天然会年夜幅上升。火星快车已经收集了十几年数据,今朝只是阐发了星下轨迹最多的极地地域,这必将激励科学家们进一步阐发其他区域。

e850352ac65c1038bf8c9218be119313b17e897e.jpg可以较着看出雷达探测到的介电常数在这片区域呈现庞大转变(摘自:R. Orosei et al.Radar evidence of subglacial liquid water on Mars.Science.)

· 光学和红外光谱仪。NASA的奥德赛号经由过程采用这种体例重点阐发了南北极的冰冠,究竟结果冰的形当作同化着沙尘,它的研究结论证实极地地域笼盖有85%的干冰和15%的水冰,总量和格陵兰岛相媲美,后来的各个使命也确认此发现。

· 物理阐发。这种研究需要接触到泥土,就只有着陆器和火星车可以或许完当作,今朝当作功实现着陆的全数是NASA使命,70年月的两个海盗号着陆器、90年月末的探路者着陆器和客居者号火星车、21宿世纪的凤凰号着陆器、勇气号火星车、机缘号火星车、好奇号火星车,它们可以直接阐发泥土中水分含量,凤凰号更是挖出了冰块。它们根基证实火星地表泥土水含量在2%摆布,而更深处这个比例更高。

b8014a90f603738d395753f8bf1bb051f919eccf.jpg凤凰号挖到的冰块呈现较着的融化趋向(图自NASA)

· 中子倒映设备。这是好奇号火星车的独门绝活,它会不竭标的目的泥土发射中子束,阐发中子与氢原子核为本家儿的能量反映,从而获得泥土分歧深度氢原子(水和潜在有机物)含量。它下降的盖尔撞击坑已经存在了35亿年且接近火星赤道地域,本应很是干燥,但这里的深层泥土依然普遍发现了水分的存在。

· 辅助阐发。火星上先后发现了黏土、很是圆滑的砾石、当作片呈现在地势较低处的盐分、含铁化合物的水合物、小型水沟等,这些都印证了火星必然曾经普遍存在水流。

然而,这些研究都指标的目的汗青上存在的水和陈迹,仅存的水其实少得可怜。后续的研究结论更让科学家们掉望:火星已经根基内部冷却不再活跃、进而逐渐遏制地质活动,这意味着地表的空气和水已经没有弥补;内部冷却磁场消逝,没有了呵护年夜气和水的的庇护伞,太阳风依然在不断剥离这些贵重资本。

可是,今天的发现告诉我们:人类还不算晚,因为火星深层依然存在年夜量的水,甚至这种湖泊可能在别处存在!这意味着新的但愿!

b3119313b07eca8097f7653d9d2397dda044837e.jpg人类派到火星的使者们合影(图自:planetary.org)

直到今天,火星依然有共计8个探测器(美国5个,欧洲2个,印度1个)在工作,本年蒲月新发射的NASA洞察号探测器也正在飞往火星途中。而到了2020年,美国、中国、欧盟、印度等国又将掀起新一波探测飞腾,我国也将挑战一次实现轨道器、着陆器和火星车的复杂使命。但愿这些探测器为我们带来更多研究结论,载人登岸火星的意义也会显著加强。

也许我们距离发现火星生命,真的只差下一个研究。

(本文中标明来历的图片均已获得授权)


  • 发表于 2018-07-26 00:00
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