火星的未解之謎

吳　載

南北半球的地貌差異

自1976年“海盜號”探測器和2。年后“全球勘探者”查明火星地形的全貌以來，我們知道火星南北半球表面的地貌有很大差異。北半球幾乎是光滑的平地，環(huán)形山為數(shù)不多，而南半球由許多環(huán)形山覆蓋。這個事實表明，南半球是比北半球更古老的地形。赤道一帶有因大規(guī)?；鹕交顒釉斐傻乃栁魉股絽^(qū)?；鹦悄媳卑肭虻孛膊町惥薮?，成因一直是未解之謎。美國科學家最近在《自然》雜志發(fā)表文章認為，小行星或彗星等外力猛烈撞擊是造成火星南北差異的原因。他們認為，數(shù)十億年前，小行星或彗星猛烈撞擊年輕的火星，造成地表巨大差異，不過，也有一些科學家認為，最新研究成果雖然為撞擊說提供了更多論據(jù)，但仍無法完全排除其他可能，如火星自身的地質運動。

巨大的沙塵暴之謎

人類通過“水手9號”和“海盜號”探測器觀測到火星上巨大的沙塵暴，而且“全球勘探者”也于2001年觀測到幾乎覆蓋火星的大規(guī)模沙塵暴。大規(guī)模沙塵暴大多是在南半球的冬春兩季頻繁發(fā)生。例如2001年6月發(fā)生的一場沙塵暴，一開始只是南半球赫拉斯盆地上空的一團塵云，接著它的體積稍微有所增大，但是到了6月27日那天，風暴開始肆虐，塵云也急速膨脹起來。到7月初，塵云已擴散到盆地之外，并蔓延到整個火星上空。沙塵暴直到9月底才結束，但是卷起在高層的沙塵還照樣浮游在大氣中，所以到11月火星看上去還是朦朧不清。

火星的大氣很稀薄，只有地球的十幾分之一。從理論上來說，大氣大循環(huán)模型所表現(xiàn)的大規(guī)模的風，按火星上那樣的條件不能輕易地刮起來，所以欲從表面揚起沙塵是困難的。盡管如此，實際上大規(guī)模沙塵暴還是發(fā)生了。這是為什么呢?

迄今為止，沒有人能對“火星上的沙塵暴是如何迅速席卷全球”這一疑問做出正確解釋，但是人們趨向于這樣一種理論：由于空氣中的塵埃顆粒吸收了太陽光，使它們周圍的空氣迅速升溫。大風卷起火星表面更多塵土，導致氣溫進一步升高，這一循環(huán)機制使得小面積的塵云最終演化成了火星全球性的大沙塵暴。

與此相比，地球上沒有全球性的大沙塵暴。這是因為地球上不存在火星那樣全球蔓延的大沙漠，而沙塵暴是靠自我給養(yǎng)的。其次，地球的氣溫主要受制于水蒸氣中所蘊含的熱能，空氣中的塵粒對氣溫的影響不大。而在火星上，情況則完全不同，因為塵土吸收了太陽光，能導致干燥的空氣驟然升溫，進而形成強風，揚起更多的塵土。

水的存在之謎

眾所周知，人們探測火星最感興趣的是是否存在水，因為水關系到生命的存在。從火星各地發(fā)現(xiàn)的稱之“河谷網(wǎng)”這樣的河流痕跡的地形推測火星上曾經(jīng)有過大量的水。近期，美國宇航局“鳳凰”號登陸器在火星極地冰帽以外的地方發(fā)現(xiàn)了水冰存在證據(jù)。對于了解火星地表是否適于居住，此次發(fā)現(xiàn)無疑是至關重要的第一步。

現(xiàn)在，科學家們確信火星上曾經(jīng)有過大量的液態(tài)水?？墒撬菑哪睦飦淼哪?最有可能的一種解釋是來自富含硫酸的地下水。這是因為“勇氣號”發(fā)回的巖石光譜圖顯示，巖石成分有多達40％是硫酸鹽。地下水通過火山巖層滲透上來，有時會淹沒火星表面，形成淺湖或淺海，然后，水蒸發(fā)了，地面留下一層薄薄的硫酸鹽，這樣的過程在火星上可能多次發(fā)生，于是就累積成了厚厚的含硫酸鹽的巖層。

也有科學家認為北半球的低地曾經(jīng)是海。另外，赫拉斯盆地或阿爾蒂雷平原還積存著水。那么說來，大量存在的水流到哪里去了呢?現(xiàn)在，確認火星上存在水僅是在兩極的冰和大氣中的一點點水蒸氣。水是蒸發(fā)了，它是發(fā)散到宇宙空間中去了呢?還是滲入了地下呢?或者至今還作為凍土狀態(tài)存在呢?

不少科學家認為水是滲入地下，這與“奧德賽”探測器的觀測結果剛好不謀而合。事實上，這次“奧德賽”的觀測目的之一是尋找火星上水的存在。在這個觀測中使用了伽馬射線分光儀。當“奧德賽”探測器在降低飛行軌道首次掠過火星時，伽馬射線分光儀在南極以北區(qū)域的土壤中檢測到放射的中于和伽馬射線，由此知道地表和近地表層的氫濃度，這顯示火星上存在水冰的跡象，并且知道永久凍土的量以及隨季節(jié)的變化。

那么，我們從中子和伽馬射線又是怎么知道氫原子存在的呢?眾所周知，火星上沒有稠密大氣，當受到宇宙強射線撞擊時，其地表就會釋放很強的中子流。這些中子在穿越火星近地表層時，會與各種元素的原子核發(fā)少碰撞。當中子撞到水中的氫原子核時，會減速并釋放部分熱能的中子飛出，如果被氫等其他的原子吸收，則放射出伽馬射線。所以，如果熱中子的量少，伽馬射線的量多時，則認為氫的濃度高。

從伽馬射線分光儀發(fā)回的數(shù)據(jù)表明，在南半球南緯60度以南地區(qū)熱中子的員少，而氫吸收中子時釋放能量的伽馬射線量上升。另外，北半球部分也有同樣的地區(qū)。這些事實顯示南緯60度以南地區(qū)有距地表1米左右的永久凍土，好像存在大量的冰。如果這個推斷是正確的話，將來在永久凍土中探尋生命痕跡的使命中，這些地區(qū)將成為勘探的對象。

磁場消失之謎

1996年“全球勘探者”為了進入火星的圓軌道，采用大氣進行制動的方式，沒想到太陽電池板的一側沒能充分打開，導致了空氣制動的時間延長。由于比預定的距離更接近火星表面，所以得以進行精密的磁測量，結果“全球勘探者”在南半球的某些地方發(fā)現(xiàn)了磁干涉條紋。

現(xiàn)在的火星不存在磁場，但是知道過去的磁場局部被保存在巖石中，而且根據(jù)不同的地方，磁性的方向發(fā)生逆轉，產生干涉條紋。這樣的磁干涉條紋在地球的海底也存在，并且作為板塊構造理論的證據(jù)。

火星上殘留磁性的存在，顯示這個行星曾有過磁場。但是由于早期火星的核冷卻，磁場消失了。因磁干涉條紋僅在南半球看到，北半球沒有發(fā)現(xiàn)，所以科學家認為北半球的地形是在磁場消失后形成的或內部的熱和水攪在一起造成的異常使磁性消失。綜上所述，我們僅知道火星上存在過非常強的磁場，有什么東西制造了干涉條紋，以及在某個時期磁場消失了。至于為什么北半球沒有磁干涉條紋，為什么在南半球僅是在某些地方有呢?這些問題人類還沒有找到答案。

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