億萬年前,火星也曾宜居,火星的內部熱量或提供新的有力證據

這是一張經過放大和偽色處理的火星圖片,所展示的是火星上一個名為Dao Vallis的巨大的類似流水沖刷過的深溝,寬度達到25英里(40公里),深度達到1。6英里(2。5公里),長度為310英里(500公里)。火星上的這些溝渠,形成原因是否與地表水或者地下水有關聯,目前尚無定論。

億萬年前,火星也曾宜居,火星的內部熱量或提供新的有力證據

(圖片來源:ESA/DLR/FU Berlin, CCBY-SA 3。0 IGO ,3D渲染和彩色由Lujendra Ojha提供)

儘管火星表面看上去是一片乾燥荒涼的沙漠,但在數十億年前,火星的地下曾經有可能是適宜居住的。一項新的研究表明,火星在遠古時期有可能產生足夠的地熱,融化了厚大的冰層,產生了大量可能維持生命的地下水。

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這項研究結果可以有助於科學家們更好地解決幾十年來一直被稱為“昏暗年輕太陽悖論”的謎題。40億年前,太陽比現在暗了大約30%——看起來如此暗淡,無法支撐一個持續溫暖和潮溼的火星。然而,在那個時代液態水存在的證據有很多,例如,美國宇航局的火星探測車“好奇號”在過去的八年裡一直在探索一個曾經存在的古老湖泊和河流系統。這種氣候模型和火星地質記錄之間的矛盾就是“昏暗年輕太陽悖論”。

火星上的水: 探索與證據

羅格斯大學新不倫瑞克大學文理學院地球與行星科學系助理教授,該研究的主要作者之一Lujendra Ojha在一份宣告中表示:“即使像二氧化碳和水蒸氣這樣的溫室氣體,在計算機模擬中被注入火星早期的大氣層,氣候模型仍然難以支援長期溫暖潮溼的火星”。

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“我和我的合著者提出,如果火星過去有很高的地熱,那麼,‘昏暗年輕太陽悖論’至少可以部分地被調和,至少在一定程度上是這樣”,Ojha說。

Ojha和他的同事們研究了生命所需的內熱——由釷、鉀和鈾等元素的放射性衰變所產生的熱量——是否確實在火星的諾亞紀(即41億年前至37億年前)產生過液態水。研究人員的注意力集中在火星南部高原上,這一地區當時可能有大冰原。

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研究小組利用各種資料集模擬了這些冰原的厚度、行為和演化過程,其中包括美國國家航空航天局的奧德賽火星探測器的觀測資料,它自2001年開始就一直在研究這顆紅色星球。奧德賽號攜帶了一臺伽瑪射線光譜儀,能夠讓科學家繪製出火星地殼中釷和鉀的丰度圖。

研究人員確定,在很久以前,從火星地幔和地殼流出的熱量可能就足以融化厚冰蓋的底層,從而在地下創造出潛在的宜居環境,而不論火星表面的條件如何。

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不過,在諾亞時代,大陸表面究竟是什麼樣的——主要是溫暖潮溼,還是大部分寒冷乾燥,斷斷續續地融化噴發——仍然是一個備受爭議的話題。但普遍無爭議的是,火星在這個時代後不久發生了鉅變。這顆行星失去了它的全球磁場,使得它曾經厚重的大氣層很容易就被太陽風吹走。大氣層的剝離使得火星表面寒冷乾燥、輻射肆虐,似乎不適合居住,至少對於類似地球的生命來說是這樣。

但是,地下水可能持續存在著,甚至有些含水層可能存在至今。儘管隨著地表逐漸乾涸,它們可能會下沉得越來越深。

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“在這樣的深度,水熱活動和水-巖反應可能維持生命”,奧哈在同一份宣告中說,“因此,地下可能是火星宜居環境中所能維持壽命最長的地方。”

這項新的研究將線上發表於今天(12月2日)的《科學進步》期刊上,它的應用可能超越了火星研究本身。例如,奧哈指出,我們對早期地球上生命出現問題的理解,由於黯淡太陽悖論的影響,反而被複雜化了。他說,很久以前,在使我們的星球適合居住方面,放射性熱可能發揮了很大作用。

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類似的推理也適用於系外行星。例如,奧哈告訴space雜誌,“憑藉自身的優勢,透過自身產生的放射性熱量”,一些離主星軌道太遠以至於看起來無法維持生命的外星世界,實際上可能是適合居住的。

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這項新的研究結果並不能完全的解釋“黯淡太陽悖論”,歐嘉說:“這充其量僅是個部分解決方案”。歐嘉還強調說,鑑於成果來源於元素丰度研究,他和他的團隊所得出的熱流數值在一定程度上是不確定的。他還說,研究者們希望從火星地下熱流的實際測量值中進行反向推斷,但並沒有此類資料。而美國宇航局NASA於2018年11月著陸火星的“洞察”號火星無人著陸探測器,它所攜帶的儀器——挖掘式熱探針“鼴鼠”,旨在勘探火星地底至少10英尺(3米),恰恰可以收集這些資訊。

但到目前為止,火星的土壤阻礙了“鼴鼠”探測器的努力,致使其卡在了火星表面或表面以下。

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相關知識

火星是太陽系由內往外數的第四顆行星,也是太陽系中第二小的行星,僅大於水星。在英語中,火星用羅馬戰神的名字所命名的,且常常被稱為“紅色星球”[17][18],後一種稱呼所指的是火星表面普遍存在的氧化鐵產生的影響,其使得火星在肉眼可見的天體中呈現出獨特的微紅色外觀[19]。火星是具有稀薄大氣的類地行星,其行星表面令人聯想到月球撞擊坑以及地球的山谷、沙漠和極地冰蓋等地形。

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由於自轉週期與自轉軸相對於黃道平面的傾斜度的相似性,火星上的晝夜與季節均與地球類似。火星上坐落的奧林波斯山(Olympus Mons)是太陽系中最大的火山與已知最高的山脈,也是太陽系中最大峽谷之一的水手號峽谷群(Valles Marineris)的所在地。位於北半球的伯勒里斯盆地佔據了火星體積的40%,其平坦的地形很可能是受到巨大撞擊的特徵[20][21]。火星的兩顆衛星:火衛一與火衛二,均體積小且形狀不規則,它們可能與火星特洛伊小行星5261(Eureka)類似,均為被火星捕獲的小行星。

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參考資料

火星大氣去了哪?都被太陽吹走了!

太陽在持續不斷地向外發出帶電粒子流,稱為太陽風。當這些帶電粒子撞到大氣裡的氣體分子時,它們就能剝離某些分子的電子,把分子轉變成帶電荷的離子。太陽風很容易拐帶這些新產生出來的帶有電荷的離子,把它們拖入太空。或者,這些新產生的離子會撞上其他分子,就像檯球比賽裡的奮力一擊,把其他分子撞得四散奔逃。揚可人斯基說,“其中一些就被撞到太空裡去了。”

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年輕太陽黯淡佯謬

年輕太陽黯淡佯謬或年輕太陽黯淡問題是描述水在早期的地球歷史上出現觀測和天文物理學的預期之間明顯矛盾的狀況。當時,太陽輸出的能量僅是現代的70%。這一問題在1972年被天文學家卡爾·薩根(Carl Sagan)和喬治·馬倫(George Mullen)提出,對此一悖論的解釋要考慮溫室效應、天文物理學個別的影響,或兩者結合共同的影響。

這個懸而未決的問題是,由於太陽輸出給地球的能量逐漸增加,是如何在很長的時間內維持地球上適合生命的氣候。

作者:

Mike Wall

FY:Astronomical volunteer team

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