火星探测最新发现

谢 懿

火星探测的重点转移到了三个环绕火星的探测器身上：美国航宇局的“火星勘测轨道飞行器”(MRO)、“火星奥德赛”以及欧洲空间局的“火星快车”。由于“火星奥德赛”和“火星快车”已经是第三次延长了探测任务，“火星勘测轨道飞行器”很自然地成为了“重中之重”。

在MRO“利眼”的审视下，火星向世人展示出了前所未见的天气、气候模式以及水和冰的复杂历史

火星南半球的春天

当春天降临南半球，火星南极的冰冠发生了显著的变化。和地球不同，火星的两极都拥有一个永久冰冠和一个季节性冰冠。季节性冰冠由冬季从大气中凝固的二氧化碳形成。这些固态的二氧化碳(干冰)会在火星地表累积，深度达到大约1米。太阳在火星天空中的位置越来越高，温度也开始回升，这些干冰就会从固体升华成气体。季节性极冠内外会同时升华，束缚在冰冠下方气体的压强逐步升高，最终会从某个较薄弱的地方喷涌而出。同时，还会带出沉积在火星表面的尘埃。这些深色尘埃的渗出，形成了蜘蛛状的图案。

MRO上的高分辨率成像科学实验(HiRISE)在2009年火星南半球春季期间捕捉到了所有这些特征。一些行星科学家通过研究这些照片希望进一步地了解火星凝固、融化过程的季节循环。另一些科学家则等待季节性冰冠的完全消失，这样他们就可以研究其下方的地貌。这是自2006年进入火星轨道以来MRO观测到的第二个火星南半球春天。

干冰激发起了火星科学家的兴趣，但水冰才是他们真正关注的。在过去的几个月里，科学家们在火星表面之下发现了大量的水冰。更令人兴奋的是，这些冰所能延伸的范围比先前想象中的更为靠近赤道。

科学家们使用M RO上的浅层地下雷达(SHARAD)来探测火星地表之下的情况。正是这些布满岩石的地表保护了其下方的水冰，因为任何暴露在火星稀薄大气中的冰都会在阳光的照射下迅速蒸发。

科学家们还仔细研究了“冲积扇”——山脉或者峭壁底部坡度较缓的沉积地带。发现火星南半球哈拉斯盆地周边的冲积扇中埋藏的冰川长达数十千米且厚度达到了800米，对北半球冲积扇的探测也得到了类似的结果。

从20世纪70年代“海盗”号火星探测任务以来，科学家已经知道了火星上有冲积扇。但没有人知道这些特征是否是由水冰或者岩石碎片和少量水冰混合流动而形成的。SHARAD则揭开了其中的原委。雷达可以穿透这些冲积扇，反射回来的信号中不存在沉积物中岩石的回波，这说明冲积扇最有可能是由水冰组成的。

尽管并非位于火星的两极，但所有这些地下的冰川却无疑是火星上最大的水冰储地。科学家们怀疑，这些冰川可能是上个冰河期覆盖火星中纬度地区冰原的遗迹。这些冰可以做为未来火星探测的水源，同时也为火星曾经拥有足以承载生命的水的想法提供了一定的支持。

1200万年的气候变化遗迹

这些地下的冰告诉了科学家一些火星的过去，而持续数百万年的气候循环则在火星其他地方的岩石中镌刻下了它们的印迹。HiRISE在火星阿拉伯地区的4个环形山沉积岩层中发现了有关联的图案。

在这些环形山中厚度相仿的沉积层多达数百层。在其中之一的贝克勒尔环形山中，一个以10层为一单位样式的沉积至少重复出现了10次。这一现象可能对应于火星自转轴倾角的变化，因为后者也经历了相似的循环变化。

这一发现源于HiRISE的立体图像，通过在轨道上以略微不同的角度观测同一地点，科学家们就能确定出每个沉积层的厚度。在不知道地形的情况下，测量很容易出错。但有了立体信息之后，这些沉积层重复出现的模式就变得清晰可见。

这些沉积层受侵蚀的速度也各不相同。显然，外界环境中一些周期性的变化会影响沉积过程。侵蚀使得地形呈现出了阶梯状，较难侵蚀的物质会位于易侵蚀物质的上方。这反应出了由风所带来的颗粒的大小变化或者是当地状况和这些颗粒之间的联系。

目前火星自转轴相对于其轨道平面的倾角为25.2°。但这个值会在大约12万年的循环周期里变化10°。

科学家们认为每一层沉积都是在1 2万年的时间里形成的。而以10层为一个周期重复出现的模式则说明，在火星自转轴倾角变化周期的同时有一个1 20万年的气候变化周期。贝克勒尔环形山所看到的十几个重复出现的沉积层纪录下了火星1200万年的气候变化。

火星水之谜仍值得期待

当一些科学家在利用火星表面的岩石来了解它过去气候的同时，另一些则在研究它的组成，他们最近终于发现了一直在寻找的碳酸盐矿物。这不仅意味着他们可以了解火星的成分，而且还预示着他们能知晓火星上的液态水和火星生命存在的可能性。

M R O上的小型火星勘测成像分光仪(CRISM)在艾西迪斯盆地周围的岩床中发现了这些碳酸盐。艾西迪斯盆地是一个撞击盆地，直径1489千米，形成于36亿年前。

地球上的碳酸盐岩石是由于水和二氧化碳以及钙、铁或镁的相互作用而形成的。由于碳酸盐能迅速溶于酸，因此它们的存在对火星在大约35亿年前曾出现过多次强酸性天气的观点提出了挑战。而如果火星曾经多次拥有湿润的环境，它会增加生命出现的可能性。

“凤凰”号火星着陆器在火星北极地区也发现了水。它收集了富含冰的土壤样本，经过分析发现确实含水。这并没有让人感到意外，不过在其着陆支撑腿上出现的一些小液滴则着实让人吃惊。一些科学家认为这些液滴就是水滴。其他人则表示反对。“凤凰”号团队的科学家提出，在当地发现的高氯酸盐可以使得冰的熔点升高，进而产生水。随后的实验室实验证实了这一点。

2009年底，“勇气”号火星车的车轮创开了火星表面的一块地层，发现了大量的松软硫酸盐物质。这证明了火星历史上曾经存在水循环。

就像生命永远存在奇迹一样，“勇气”号和“机遇”号目前仍在工作。自两辆火星车2004年着陆火星以来，“火星奥德赛”一直为它们承担通讯中继工作。但从2009年11月28日起由于计算机内存错误，“火星奥德赛”便进入了“安全模式”，这使得探测器的运转被限制在了最小的层面。

作为“火星奥德赛”最自然的后备，MRO在2009年8月26日今年第4次自发重启之后也一直处于“安全模式”待机。技术人员发现，如果MRO上计算机接连两个重启的间隔小于1分钟的话，就会丢失所有数据。2009年1 2月8日，MRO终于从“安全模式”中恢复。又投入了科学运转。

由于都在超期服役，目前的火星探测舰队可谓是危机四伏，但新鲜血液的补充在短时间之内恐怕还难以实现。中国和俄罗斯的联合火星探测计划发射时间已经推迟到了2011年，而NASA和ESA的联合火星探测计划则不会早于2016年。

太空探索2010年4期