广西科协欢迎您!
美宇航局科学家首次发现火星有降雪现象
654651
来源:新浪网 发布日期: 2009-02-02 
     

    科技时代_美宇航局科学家首次发现火星有降雪现象

    火星大峡谷

      新浪科技讯 北京时间2月2日早间消息,据《卫报》报道,火星探测器向地球发回来的信息显示,火星上有降雪现象,但这些雪花还没有落到地面上,便蒸发到薄薄的火星大气层中了。

      火星拥有太阳系中最大的山脉和长度堪比美国的峡谷,是如英国小说家巴拉德想象的梦幻般世界。更为奇妙的是,从火星上空俯视,这个红色星球现正飘落着雪花。当然,雪花并没有落在遍布瓦砾的火星表面,这些雪花还没有落到地面上,便蒸发到薄薄的火星大气层中了。

      首次发现降雪迹象

      火星上的雪花是在几个月前被发现的,而就在此之前不久,火星还被认为是一个无水的星球。当时,美宇航局发射的一台探测器在火星北极对大气进行扫描,激光器发现了降雪的迹象。这台名叫“凤凰”号的探测器在无线电信号中宣布了这一消息,盘旋在火星上空的轨道器将接收到的信号发送回地面。这是科学家第一次获得这方面的信息。

      近几个月来,火星轨道器、登陆车将大量有关火星的重要信息发送回地面,火星降雪的消息仅仅是其中之一。科学家通过汇总这些信息,绘制了一幅前所未有清晰的火星表面图,他们的发现均指向一个无法想象的火星历史,在这个星球上,生命曾经获得过立足点,甚至可能仍存在于火星永久冻结带的寒冷土壤里。

      火星是一颗一些数据得到重新定义的星球,体积是地球的一半,但拥有可能是太阳系中最大的山脉——16英尺高的奥林匹斯山(Olympus Mons)。火星赤道下面则是书写太阳系历史的货真价实的大峡谷——水手谷(Valles Marineris)。水手谷的长度有美国那么辽阔,某些地段的深度达到10公里。

      与此同时,一个不同类型的探索正在进行当中——这种探索活动更普通,但毫无疑问意义更加深远。本月初,美宇航局庆祝“勇气”号和“机遇”号孪生探测器着陆火星5周年。当时,“勇气”号和“机遇”号在火星相反两侧着陆,研究火星赤道远古时期的地质状况。这两个火星探测器的设计寿命原本只有三个月,但如今5年过去了,它们仍在向地面发送回最新数据,不断给美宇航局科学家带来惊喜。

      “勇气”号对这个巴拉德可以想象的梦幻般世界展开探索。它在“本垒板”(Home Plate)高原的“哥伦比亚山”附近着陆。本垒板高原直径约为80米。“勇气”号发现这个高原被蛋白石沉淀物重重包围。“勇气”号在火星表面行进过程中,车轮粘满了富含硫酸盐的土壤。科学家综合这两方面的信息得出了一个重要结论,那就是本垒板过去曾是一座火山。

      古代湖泊岸线特征

      美国华盛顿大学火星探测项目副首席科学家雷·阿维德森(Ray Arvidson)表示:“如果数十亿年前你在这里,火星不断发生喷发,灰烬遮天蔽日,一片一片的热水蒸发到火星大气层。”气候温暖和水是美宇航局寻找生命的先决条件,自20世纪70年代中期以来,科学家便一直在火星上寻找水的痕迹,那个时候,“海盗”号探测器发回的照片显示了深深的沟渠和峡谷,甚至还有类似古代湖泊岸线的特征。

      2006年,美宇航局宣布了当时火星上最确凿的液态水证据——美宇航局发射的“火星环球勘测者”轨道器在溪谷壁上发现了由喷涌而出的水留下的痕迹。火星的另一侧,“机遇”号探测器也在依靠太阳能进行着探险之旅,在一个称为梅里迪亚尼平原的地带分析岩石特征。

      通过“机遇”号发回地球的数据,科学家发现这个探测器在一片面积约为数百米的沉积矿床着陆,这片矿床可能形成于古代湖泊。这里的土壤特征类似于西班牙南部的力拓(Rio Tinto)部分区域,不适于生命存在。在力拓,水泡从黄铁矿床渗入,形成硫酸,经过一个干旱、漫长的夏季,这些硫酸变成了酸性泥土。

      在美宇航局喷气推进实验室一个由14名科学家组成的任务小组的引导下,“机遇”号和“勇气”号探测器几年来在火星表面漫游。科学家们根据火星夜晚安排工作时间,这样,他们可以在“机遇”号和“勇气”号处于睡眠状态时研究第二天探索任务的细节。火星的一天也要比地球长40分钟,所以,任务小组要不断更改他们的工作安排。

      孪生探测器超期服役

      每晚关闭以前,“机遇”号和“勇气”号会将它们所在位置的照片和其他数据发送给“火星奥德赛”号轨道器,“火星奥德赛”号则会将这些数据发回任务控制中心。科学家在任务控制中心进一步确定“机遇”号和“勇气”号的位置,决定它们下一步行进路线。“机遇”号和“勇气”号第二天一早醒来,会接到一天任务的指令,指令告诉它们向哪个方向行进,以及行进的时间。

      所有这些行动都会经过地面模拟器的演练,确保“机遇”号和“勇气”号不会撞向哪块大石头,或从悬崖边掉下去。整个过程困难重重,但这是驱动两台探测器在距地球100英里之遥的火星上行进的唯一途径。由于行进指令通过“火星奥德赛”号传递会出现延误,“机遇”号和“勇气”号收到指令的时间从1.5个小时到一天不等。

      值得注意的是,尽管已经超期运行几年时间,但“机遇”号和“勇气”号所遭受的机械故障屈指可数。刚刚度过火星冬天的“勇气”号最近被命令向南行进,对几座曾经爆发过的火山的地质特征进行调查。“机遇”号则从直径800米的维多利亚陨石坑中爬了出来,目前开始向1公里以外一个名叫“奋进”( Endeavour)的大陨石坑行进。从火星上空飞过的探测器机载摄像机对奋进陨石坑周围的岩石进行了扫描,结果科学家发现它们与以前见过的岩石类型截然不同。

      尽管遭遇高强度辐射(与地球不同,火星没有磁场偏转太阳喷射的颗粒)和最低达零下95摄氏度的低温考验,“机遇”号和“勇气”号仍顽强地在火星上漫游。迄今,它们已向地面发回25万张火星照片以及36千兆字节的科学数据。就在“机遇”号和“勇气”号对历史最早可追溯至数十亿年前的岩石展开探索的同时,“凤凰”号火星探测器也被发射升空,对距离现在更近的火星地质特征进行探索。

    不适于生命存在缘由

      去年,“凤凰”号在火星北极一个称为瓦斯蒂塔斯-伯里利斯(Vastitas Borealis)平原的地方着陆,整个着陆过程堪称完美。“凤凰”号刚一抵达这颗红色星球,亚利桑纳大学“凤凰”号任务首席科学家彼得·史密斯便期待“凤凰”号能进一步证实“机遇”号和“勇气”号以前发现的结果:一个覆盖着酸性和碱性土壤的地形,这种地形原本被认为不适于生命存在。其中的原因其实很好解释:火星经常遭到范围达数千公里的巨型尘暴的撞击。

      一旦撞上火星,尘暴将土壤掀起,散落在整个火星表面。科学家过去认为,火星上某处土壤与另一处的土壤相似。“凤凰”号这次可以通过机械臂深入地下,采集火星土块在机载化学实验室上进行测试。“凤凰”号的机械臂挖开火星冰冻表面,清楚地露出一片片的冰,尽管它们迅速蒸发,“凤凰”号仍是在地球以外的星球上找到水的第一个探测器。

      随着进一步勘测,有一个事实变得越来越清晰,那就是“凤凰”号支架下面的土壤(位于火星北极圈)与“机遇”号和“勇气”号在火星赤道附近发现的土壤属性截然不同。同海水一样,“凤凰”号下面的土壤稍显碱性,含有碳酸钙,碳酸钙通常形成于存在水的环境下。

      史密斯说:“‘凤凰’号告诉我们,火星并非如我们原本想像的那样,处处都一样。如果火星处处都是酸性,且含盐,那么你可能很难想象生命会形成于这样的地方,但我们发现了类似于大家在地球海洋中看到的环境状况,对于那些试图在火星上寻找适于生命存在区域的人来说,这是个好消息。”科学家对“凤凰”号发回的科学数据展开认真研究,试图从中揭开火星历史的一些谜团。他们的猜测将火星土壤状况与火星方位的显著变化联系在一起。

      探寻生命存在条件

      在绕太阳运行过程中,地球几乎总以23.5度倾斜于轴心,这样一来,地球便有了四季交替的规律。今天,地球以约25度的倾角绕轴心运转,但在500万年前,这一倾角可能为40度,甚至是50度。通过将南北两极的冰帽更多地转向太阳光照的方位,火星冰层会融化并蒸发。随着火星大气层变得越来越厚重,凝结的云朵后来变成雪花,纷纷落到地面上,使火星表面变得潮湿。这至少是流行于科学界的主导理论。

      “凤凰”号的深入实验在火星土壤中发现了一种称为高氯酸盐的物质痕迹。据史密斯介绍,在地球上,有些微生物将高氯酸盐作为能量来源。美宇航局科学家依照“凤凰”号发回的数据描绘了这样的一番景象:数百万年前,火星向太阳倾斜的角度更大,此时,火星可能更适于生命存在。不过,这段时间是否足够长,能让原始生命形成则是另外一回事。

      史密斯说:“我们已经找到火星土壤中有营养物以及能量来源的证据,如果500万年前火星存在液态水,那么我们会接近于得出这样的结论,即火星具备生命存在的环境条件。如果你将地球上的生命带到过去不随气候变化的火星,那么这些生命可能无法存活。但在漫长的岁月里,比如说10亿年,如果火星慢慢转变,从一个更为适宜的环境变成我们今天看到的条件,我们一定想搞清楚小生物是否能跟着转变,慢慢适宜环境变化。”

      “地球上的生命确实了不起。你可以使西伯利亚永久冻结带解冻,让冰封百万年的东西焕发生机。所以,谁知道会发生怎样的事情?”上周,美宇航局科学家公布的研究结果再次支持火星上存在生命的说法。他们报告说,每逢夏季,火星北极都会向空中喷射含有甲烷的羽状物。尽管甲烷并不是生命存在的确凿证据——地质进程同样会释放甲烷,但仍旧让我们看到了火星生命的美好前景。

      科学家期待“凤凰涅磐”

      美宇航局在2008年11月2日同“凤凰”号失去联系,此前,“凤凰”号已向地面发回2.5万张火星照片。据科学家推测,由于火星尘暴令天空陷入一片黑暗,使阳光很难到达“凤凰”号携带的太阳能电池板上面,最终导致这台探测器长眠于火星之上,或可能进入冬眠状态。“凤凰”号的电池能量已经耗尽,但它会在今年晚些时候获得一次“起死回生”的良机——太阳再次高挂于天空的时候,这也是唯一的机会。

      在亚利桑那州,史密斯的研究团队正将注意力转向有关“凤凰”号数据的一个未解之谜。具有讽刺意味的是,火星土壤中高氯酸盐的存在破坏了“凤凰”号发现有机分子的良机。如果有生命存在,那么有机分子必定存在。通过测试在实验室中调配的火星土壤,将结果同“凤凰”号发回的数据进行比较,史密斯认为他可能找到了这个问题的答案。

      “凤凰”号探测任务小组成员阿维德森表示,通过分析“凤凰”号发回的数据,至少可以得出这样一个结论,即火星历史上曾经存在适于生命生存的条件。阿维德森仍是“勇气”号和“机遇”号任务小组的成员。

      他说:“我们对三个地点进行了勘测,每一个地点都拥有水同其表面和地下相互作用的历史。现在的问题是,火星宜居时间是否足够长,让生命有充裕时间去合成和建立一套生态系统?我们正在为揭开这个谜底铺平道路,正在给深入探究和寻找相关证据的未来任务铺平道路。”

      火星概况

      火星为距太阳第四远、也是太阳系中第七大行星。

      火星有两颗卫星,分别是火卫一(Phobos)和火卫二(Deimos),这两个词在希腊语中的意思是“恐惧”和“恐慌”。它们是给希腊战神阿瑞斯拉车的两匹马的名字。

      火星体积是地球的一半,质量是地球的十分之一左右。

      火星和地球的地表面积相同。

      火星引力是地球引力的三分之一。

      火星一年相当于687个地球日,火星上一天比地球上一天长40分钟。

      火星大气含量95%是二氧化碳,2.7%是氮气,0.13%是氧气。

      火星没有磁场,所以,表面不断遭到太阳辐射的轰击。

      未来火星探索任务

      2009年Phobos-Grunt(简称“福布斯探测器”):俄罗斯向火星卫星火卫一发射的一次任务,目标是采集火星土壤样本并返回地球。

      2011年火星科学实验室:美宇航局火星科学实验室的体积是“勇气”号和“机遇”号的两倍,将去采集和分析火星岩石和土壤。主要目标之一是寻找有机化合物,检查火星现在或过去可能支持微生物生命存在的环境状况。

      2013年“火星大气与不稳定性变化”(MAVEN)航天器:美宇航局发射的这个航天器旨在分析和研究火星大气释放的气体。

      2016年ExoMars任务:ExoMars是欧洲航天局实施的一次任务,将发射轨道器和漫游车去寻找火星生命,探查火星表面是否存在危及未来载人航天任务的风险。