科学家研究发现火星盐导致液态水的存在

  科学日报报道,近日在模拟火星环境的小室内,美国密西根大学的研究人员发现即使温度低于凝固点,行星表面仍可以形成少量液态水。众所周知,液态水是生命不可缺少的重要组成部分,火星是太阳系内为数不多的具有水存在潜在迹象的地方之一,科学家们发现陨石坑边缘的沟渠、科研设备的读数以及凤凰号宇宙飞船的自拍照似乎都显示几年前这个火星着陆器的支架腿边上有潮湿水滴。

  费舍尔在空间研究大楼里设立了火星大气小室,他利用液氮冷却了小室

  然而,没有人能够直接检测地球以外的液态水。密西根大学的实验室首次测试类似火星的寒冷气候是否能够支持液态水存在的理论。研究人员发现在火星泥土里存在一种类型的盐,它能够融化接触到的冰,就像寒冷冬天里多滑的地面和走道上洒的盐。但如某些科学家所认为的,火星的盐无法通过吸收空气中的水蒸气形成液态水,这一过程被称为潮解。

  “对我而言,最兴奋的是现在我理解了凤凰号宇宙飞船腿部的水滴是如何形成的。” 带领这项研究的美国密歇根州立大学凤凰号探测器研究小组成员、大气海洋和空间科学教授尼尔顿·雷诺(Nilton Renno)这样说道。

  2008年是雷诺首次注意到凤凰号发回的图片里有奇怪的水珠。在接下来的几周里,水珠似乎在增大和合并。虽然雷诺认为它是水珠且火星表面的盐分是导致水珠形成的主要原因,但很多他的同事对此并不认同,因为在火星上从未发现过盐。

  随后在凤凰号的众多发现中,其中一个是高氯酸钙,后者是钙、氯和氧的混合物,它常见于类似智利阿塔卡马沙漠的干旱区。数年之后,好奇号漫游车在火星其它地区也发现了它的存在。现在科学家们相信火星表面的确存在高氯酸钙和其它盐。

  在凤凰号的例子里,雷诺认为宇宙飞船的着陆推进器可能炸飞了表层土,导致冰暴露并融化。而这导致溅到着陆器腿上的冰在极地地区形成泥泞盐水。盐分使得水滴能够保持液态,它们的存在和稳定性暗示了存在一种无需来自地球的宇宙飞船的帮助即可存在的循环。

  美国密西根大学的研究人员在实验室内2英尺高5英尺长的金属桶柱里再造了凤凰号着陆环境。火星晚春/早夏的温度从-120摄氏度至-20摄氏度不等,大气压力约为地球的1%,相对湿度非常多变,但在大多数实验室里它被设定为100%。

  科学家们测试了两种情景:高氯酸盐和位于水冰上的高氯酸盐。在只有高氯酸盐的实验里,科学家们将1毫米厚的盐层放在温度可控的盘子或者类似火星的泥土上。即使过了三个小时,仍然没有形成任何液态水。这暗示了潮解并没有发生,它不太可能是火星上非常重要的过程。

  当研究人员将高氯酸盐或者盐渍土放在3毫米厚的冰层上,当室内温度达到-73摄氏度时,液态水在数分钟内就形成了。这样的条件恰好处于凤凰号着陆点观察到的一系列火星环境条件范围内。

  研究人员并没有依靠肉眼或者照相机来确保液态水的形成,他们使用了一种名为拉曼散射光谱(Raman scattering spectroscopy)的技术,这种技术会朝表面照射激光并检测发射光。不同的物质和物质状态会有不同的反射特征。

  这项发现显示了在春天和早夏,少量的液态水可以存在于大片火星表面或者浅的亚表面地区,从极地地区到中纬度,并持续数小时。这一循环可以形成水沟,雷诺说道,并经历流动、冻结。解冻和再次流动的循环。水还可以在亚表面形成。

  雷诺表示无论是现在还是过去,水都不需要永远保持液态以支持微生物的存在。在地球上就发现了北极盐水和充满盐水的冰巢存在微生物。

  “火星是太阳系内最类似地球的行星。研究表明在过去火星可能更类似地球,表面有着流动的水。通过研究火星上液态水的形成,我们可以了解地球以外生命的可能性,并为未来项目寻找资源。”研究首席作者、密西根大学大气海洋与空间科学学院(AOSS)的博士生埃里克·费舍尔(Erik Fischer)这样说道。