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火星隐藏的极地“湖泊”可能只是冰冻的粘土?

近日,一项研究证实:被认为拥有冰盖湖泊火星南极,所谓的冰盖下的液态水湖泊可能只是粘土。这项发现让那些希冀南极为火星基地提供水源和在火星发现生命的科学家们大失所望。

火星上的水

对于已知的生命体,水是赖以生存和繁衍的必要源泉,液态水更是早期生命形成的重要场所。太空探索中,有无液态水很大程度上标志着找到外星生命的希望。20世纪初,人类第一次进入太空之前,天文学家就猜测火星上存在液态水的可能。

这种争论一直持续到20世纪60年代,水手9号第一次造访火星,证实了之前被认为可能是河流或者湖泊的区域,不过是干燥的沟道或者是凹陷,而对于火星上液态水的讨论,也转入地下水的领域。

                                         第一颗探访火星的人造卫星水手9号(图源:NASA)

这种讨论的热度一直未降低,随着火星探测的精度越来越高,越来越多的科学家开始坚信火星上存在水。2005年,美国国家航天局(NASA)重新启动了火星探测计划,向火星发射了火星勘测轨道飞行器((一颗人造卫星)。这颗卫星传回的数据,在2009年的一篇论文中证明了火星撞击坑附近冰的存在痕迹,也让科学家们发现了火星表面暗色沙纹的形状变化(2011年)。

                                                     火星流纹(图源:NASA)

去过海边的朋友都知道,随着海水的潮涨潮落,海边的沙子形态会出现不同的沙纹形状。因此,科学家推测,这很有可能是因为火星表面仍然存在液态水的流动。可惜的是,随着研究的逐渐深入,科学家发现,这种条纹变化的沙子只在高角度的斜坡上出现,而坡度稍微减缓后就会消失,与流水的性质不符。

研究人员把目光放到了火星南极,火星南极的明亮反射被怀疑是冰盖的存在。2018年,欧洲航天局公布的一组数据显示,经过十数年的观测和研究,科学家在火星南纬81°东经193°附近,发现一处异常明亮的雷达反射区域,这处区域的地下反射更亮,这种情况和地球上极地冰与下面冰湖的反射情况极为类似。

                                 火星轨道飞行器拍摄的南极冰盖(图源:NASA)

这项发现给探寻火星生命痕迹的科学家带来了新的希望。2013年,地球南极的沃斯托克冰湖4km厚的冰层下,发现了简单微生物存在的痕迹。作为与地球极其相似的火星,如果这些亮反射区域能够确定是冰湖,在其下发现微生物存在的可能性极大。

研究结论

不过,一项新研究对这一亮反射区域是冰层的说法提出质疑,加拿大约克大学史密斯教授及其科研团队,通过模拟实验得出了亮反射区域是蒙脱石造成的结论。

蒙脱石是一种粘土矿物,属单斜晶系的含水层状结构硅酸盐矿物,有较高的吸水膨胀能力和离子交换容量,泛用于高温润脂、橡胶、塑料、油漆。同时,我们常用的腹泻治疗药剂蒙脱石散的主要成分就是蒙脱石。

在地球上,蒙脱石多是火山岩中的长石出露地表后风化的产物,在地质上常用于对于显微镜下岩石性质的识别,蒙脱石进一步风化会形成用途更为广泛的高岭土。

地球上的蒙脱石(图源:飞扬网)

科学家在实验室中统计了蒙脱石不同温度下,从干燥到完全充满水的浆糊时的介电常数,并模拟了水冰上覆盖着纯蒙脱石、覆盖着蒙脱石沉积,以及冰下沉积厚层富含蒙脱石的玄武岩(一种基性火山岩)三种情况。

经过不同条件下的环境模拟,科学家在实验室中重现了与探测器一致的雷达反射。然而在实验室中,这种反射最终是由第三种情况(厚层含蒙脱石的玄武基岩)产生的,这说明冰盖下的液态湖泊极大可能仅仅是蒙脱石。

这也证实了在新近发表的另一篇论文中,对火星冰盖下液态水的质疑:火星作为一颗停止地质活动的星球,即使液态水溶解了大量的高氯酸盐降低了它的凝固点,也没有足够的热量让水可以在南极的冰盖下维持液态。

火星南极位置图(反光区域位于绿色夹角间)和基于轨道飞行器数据生成的地形图(图源: Smith et al,2021)

但这些研究结果并不能完全否认火星上液态水的存在,至少不能否认过去火星上存在液态水。不论是遍布火星的氧化铁,火星上大量存在的如同蒙脱石一样的水合粘土,还是火星上河道湖泊流水遗迹,都证明火星也曾是被水覆盖的蔚蓝色星球。

或许曾经的火星是一颗生机盎然的星球,而不是现在的满目猩红。

参考文献:

l。B。Smith,D。E。Lalich,C。Rezza,B。H。N。Horgan,J。L。Whitten,S。Nerozzi,J。W。Holt。A Solidlnterpretation of Bright Radar Reflectors Under the Mars SouthPolar lce[u]。Geophysical Research Letters,2021,48(15) :

Lauro,S。E。, Pettinelli,E。, Caprarelli,G。,

Guallini,L。, Rossi,A。P。, Mattei,E。, et al。(2021)。Multiple subglacial water bodies below the south pole of Marsunveiled by new MARSIS data。Nature Astronomy,5,63-70。https: l/doi.org/10.1038/s41550-020-1200-6

来源:科学媒介中心