一项欧洲探测火星任务的雷达发现了火星南极冰帽下的液态水,为天体生物学和火星过去气候的研究提供了有趣的可能性。火星上液态水的发现对寻找火星上的生命有着巨大的影响,也可能揭示出在水被冰覆盖之前形成的古代环境的特征。
我们已经知道,火星曾经是一个潮湿的星球,数十亿年前的气候可以支持大量的液态水——就像在火星表面可以看到的无数古老的河道、泛滥平原和河床。然而,今天地球表面的温度和压力太低,不允许存在液态水。2006年,在NASA的火星全球测量员(Mars Global Surveyor)上操作照相机的行星科学家们观察到沟壑的变化,他们认为这是液态水流动的结果,但火星勘测轨道飞行器上的HiRISE照相机后来发现,这些流动实际上是干物质的小型雪崩。
在地球上,这几乎是一个假设,如果一个探地雷达比从极地冰表面反射出更强的反射,那么你就会看到液态水。
罗伯特·Orosei
然后,在2011年,HiRISE开始观察黑色条纹的季节性现象,称为周期性斜坡线(RSL)。这些也被归因于液态水的流动,但最近的证据表明,RSL是干雪崩的另一个副产品。
到目前为止,科学家们已经得出结论,火星表面不存在水,而行星科学研究所的斯蒂芬·克利福德在1987年提出,液态水可能存在于冰盖之下。然而,直到现在,科学家们还没有找到“隐藏”水的证据。
湖泊的盐水
在欧洲航天局的火星快速轨道飞行器上,火星先进雷达探测到地下和电离层探测仪器(MARSIS)的地下液态水。这些水分布在20公里宽的区域,在南半球的平原下1.5公里,这是火星南极地区的一个大平原。
识别水的关键是介电介电介电常数。这是一种测量电磁波(如雷达脉冲)在介质中传播时衰减的方法。液态水是比冰更强的雷达衰减器和吸收器,介电介电介电介电常数的对比度在一层液态水和一层水冰之间的界面最高,产生可探测的雷达回波。“在地球上,这几乎是一种假设,如果地面穿透雷达发现来自地下的强烈反射,而不是来自极地冰的表面,那么你就会看到液态水,”领导这项研究的意大利博洛尼亚的Nazionale di Astrofisica研究所的Roberto Orosei告诉物理世界。
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漫长的火星之路
冰帽下面的水必须至少有几十厘米深,才能让马西斯发现,但目前还不清楚,这片水域是像地球上的沃斯托克湖一样,是作为一个深湖存在,还是作为一个浅层存在。挪威极地研究所的Anja Diez指出,目前所有的选择都摆在桌面上,因为南极冰川下的液态水可以有很多种形式。“在南极洲,水可以存在,因为一公里厚的冰层下的温度可以达到熔点,”她说。在火星上,冰帽下面的温度要低得多,但根据Diez的说法,液态水可以作为盐水存在,从而降低水的冰点。
火星上存在盐水很可能是因为存在高氯酸盐。2008年,美国宇航局的“凤凰号”火星着陆器在火星表层土壤中发现了镁、钙和高氯酸钠,之后被发现在火星上广泛分布。时的确切温度发现液态水是未知的,实验表明,在某些情况下海水水可以保持液体下降到-70°C。
用MRO上的另一种仪器——浅层雷达(SHARAD)——探测水的尝试到目前为止都是徒劳的。SHARAD的工作频率较高,与MARSIS的5mhz相比为15 - 25mhz,频率越高,信号的衰减越高。然而,当Orosei说他的团队“非常惊讶”SHARAD没有看到任何东西时,罗马大学罗马学院的团队成员Sebastian Lauro认为这可能是因为SHARAD无法深入到探测液体-冰界面所需的深度。
即将进行的火星探测任务将携带高频雷达,用于对地面冰层进行成像。然而,根据亚利桑那州行星科学研究所的纳撒尼尔·帕齐格(Nathaniel Putzig)的说法,这一最新的发现也可能重新激起人们对低频率雷达的兴趣,以研究火星下是否存在水。