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火星上的神秘“蜘蛛”源自何方?

图片来自pixabay.com

sciencedaily.com网站当地时间3月22日报道,由爱尔兰都柏林三一学院领导的研究团队揭开了神秘火星蜘蛛”的面纱。他们首次用实验证实,火星表面的这种独特图案可能是由干冰升华形成的。相关论文近日刊登在《科学报告》杂志中。

火星蜘蛛是指火星地表出现的一种树枝状图案。科学家们认为,这种从未在地球上发现过的地表特征,很可能是在火星春季干冰升华时“印刻”在火星地表的(火星大气层主要由二氧化碳构成,随着冬季气温下降,二氧化碳会以“霜”、“冰”形态沉积在火星表面)。三一学院、英国开放大学和杜伦大学的研究人员希望在火星模拟室中用实验方法论证,能否通过干冰升华复制火星蜘蛛图案。项目负责人Lauren McKeown博士说:“本研究首次以经验证据证明,火星曾因表面过程发生了极地景观的改变。在过去的十年中,虽然Kieffer假设(详见下文)深入人心,但它仅仅是个理论。我们用实验直接证明,火星上的蜘蛛图案可以用干冰升华过程加以复制。这让人非常振奋,因为我们终于开始进一步了解火星表面的季节性变化了。”

实验中,研究人员在干冰块的中心钻孔,然后用爪型装置将其悬停到砂床上方。当室内压力降低到火星大气压力后,研究人员用杠杆系统将干冰块放置在砂床表面。受莱顿-弗罗斯特效应影响(物质接触到比其升华点热得多的表面时,会在自体周围形成一层气体),当干冰块接触砂床表面时,直接由固体转变为气体,并有物质以羽流形式从中心孔逸出。一旦干冰块被移除,蜘蛛图案就会被逸出气体侵蚀。当砂床的晶粒较细时,蜘蛛图案的分支更多;而当砂床的晶粒较粗时,分支则较少。研究人员Mary Bourke说:“这项创新性工作表明,当前火星的气候条件不仅会影响动态表面过程,还会对人类的火星探索任务产生重大影响。”

Kieffer假设解释了蜘蛛图案的形成过程:在春天,阳光穿透半透明的干冰大气层,加热下方的地表。干冰从底部开始升华,导致压力增加。最终,干冰层破裂,带压气体从干冰层裂缝中逸出。逸出气体在火星表面留下了蛛型图案,而沙尘/尘埃将会以羽流形式沉积在干冰层顶部。

在实验过程中,研究人员还观察到,当干冰块被释放并在砂床内升华时,升华过程比预期强烈得多。这一结果能帮助科学家解释火星上其他与二氧化碳升华相关的地表过程,例如:火星线性沙丘/沟壑周围的横向循环扩散流。

研究人员表示,分析火星蜘蛛的方法不仅可用于研究二氧化碳升华对其他火星地貌的影响,还为研究其他缺乏大气的天体(如木卫一或土卫二)的升华过程提供了借鉴。

科界原创

编译:德克斯特

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《科学报告》

期刊编号:2045-2322

原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210322135227.htm

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