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可喜可贺!二十年后,火星上令人费解的“蜘蛛”终于有了科学解释

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天文在线 2021-04-11 09:33

惊悚的“火星蜘蛛”在20年后终于得到了解释

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2018年5月13日,美国宇航局火星勘测轨道飞行器在火星南极拍摄到这张“蜘蛛”的照片

吉吉弹奏吉他,英国科学家弹奏一大块干冰,试图弄清被称为“火星蜘蛛”的奇怪外星图案背后的原因。

毫无疑问的是,这些能在火星南极被卫星观测到的类似于“蜘蛛”的图案并不是真正的蜘蛛。但是,这些雕刻在火星表面的黑色分支形状的图案看起来十分吓人,以至于二十多年前,当科研人员发现这些图案后给它们起了一个“蜘蛛形”的绰号,意思是“像蜘蛛一样的”。

这个直径有3300英尺(1公里)的巨大图案与地球上的事物都没有任何相似之处。但是,3月19号,一篇发布于《Scientific Repots》杂志上的一项新研究显示,科学家已经成功地在他们的实验室中用一块干冰和一个模拟火星大气的机器模拟建设了一个缩小版的类似蜘蛛的图像。当一块温度极低的干冰和模拟火星沉积物组成的温度较高的表面时,一部分干冰立即升华(从固态直接变成气态),在这个过程中,逸出的气体冲击固体表面从而形成蜘蛛状裂缝。

这是一个在实验室中创建的 "蜘蛛 "的例子,横截面显示,槽的深度在远离蜘蛛中心的地方会减少,就像在火星上一样。 (图片来源:Scientific Reports,CC by 4.0)

"这项研究为一种被认为可以改变火星上的极地景观的表面过程提供了第一组经验证据,"研究的主要作者、英国开放大学的行星科学家劳伦-麦基翁在一份声明中说。"实验直接表明,我们从轨道上观察到的火星上的蜘蛛图案可以通过干冰从固体直接转化为气体来雕刻。

根据美国宇航局的数据,火星大气层中含有95%以上的二氧化碳(CO2),因此冬季在火星两极周围形成的许多冰和霜也是由二氧化碳构成的。在2003年的一项研究中,研究人员推测,火星上的蜘蛛可能在春天形成,当时阳光穿透半透明的二氧化碳冰层,并加热下面的地面。这种加热会使冰层从底部升华,在冰层下形成压力,直到最后出现裂缝。研究小组推测,澎湃的气体从裂缝中喷涌而出,留下了今天在火星上可见的曲折的蜘蛛腿图案。

直到最近,科学家们还没有办法在地球上测试这一假说,因为地球上的大气条件大不相同。但在新的研究中,研究人员利用一个名为开放大学火星模拟室的装置,在地球上做了一小片火星。该团队在室内放置了大小不一的沉积物颗粒,然后使用一个类似于商场里抓娃娃机的系统,将一块块干冰悬挂在颗粒上。该团队调整了舱室,以模拟火星的大气条件,然后将干冰块慢慢降到颗粒上。

实验证明,蜘蛛升华假说是成立的。无论沉积物颗粒大小如何,干冰与它们接触后总是会升华,逸出的气体向上推,沿途刻出蜘蛛腿般的裂纹。据研究人员介绍,当颗粒较细时,蜘蛛腿分支较多,而颗粒较粗时,蜘蛛腿分支较少。

虽然不是确定的,但这些实验提供了第一个物理证据,表明火星上的蜘蛛可能是如何形成的。这也很崇高了,不是吗?

相关知识

火星是太阳的第四行星,也是太阳系第二小的行星(最小的是水星)。在英语中,"Mars"是罗马战神的名字,通常也指红色行星。红色行星是因为火星表面氧化铁广泛存在,肉眼观察下,此天文物体即呈红色外观。火星是一颗类地行星,大气稀薄,其地表也有类似月球的撞击坑和地球的山谷、沙漠和极地冰冠。

火星上的昼夜和季节可与地球媲美,因为它的自转周期以及自转轴相对黄道平面的倾斜度与地球相似。火星是奥林匹斯山(Olympus Mons)和水手峡谷(Valles Marineris)的所在地,奥林匹斯山是太阳系中最大的火山和所有行星中已知最高的山脉;水手峡谷是太阳系中最大的峡谷之一。北半球平坦的伯勒里斯盆地(Borealis basin)覆盖了行星40%的面积,此盆地可能是巨大的撞击引起的。火星有两个卫星,火卫一(Phobos),火卫二(Deimos),二者都很小且形状不规则,可能是被捕获的小行星,类似5261 Eureka(火星木马)。

已经有许多探测器造访过火星。水手四号是第一个访问火星的探测器,它在1964年11月28日由美国宇航局发射,并于1965年7月15日到达火星附近。水手四号探测到了火星微弱的辐射带,约为地球的0.1%,同时也首次拍摄到了深空中其他行星的照片。苏联的火星三号任务包含着陆,它在1971年12实现了在火星上的软着陆;但却在几秒钟后失去了与地球的联系。1976年7月20日,维京一号首次成功实现了在火星表面的着陆。在1997年7月4日,火星探路者号探测器在火星着陆并在次日释放了旅居者号火星车,这是首个在火星上的运行的机器人火星车。

2003年12月25日,欧洲航天局(ESA)的首个火星探测器“火星快车号”抵达火星轨道。2004年1月,美国航天局的火星探测器勇气号和机遇号双双在火星着陆;勇气号服役到2010年3月22日而机遇号则持续服役到了2018年6月10日。作为火星科学实验室(MSL)研究火星气候和地质任务的一部分,美国宇航局的好奇号火星车在2012年8月6日登陆火星。2014年9月24日,印度空间研究组织(ISRO)的首次星际飞行任务火星轨道任务号探测器抵达火星轨道,ISRO成为了第四个访问火星的空间机构。阿拉伯联合酋长国在2021年2月9日将探测器送入火星大气层,成为第五个成功执行火星任务的国家。美国航天局的毅力号火星车和灵巧号直升机在2021年2月18日成功在火星着陆。

BY: Brandon Specktor

FY:Astronomical volunteer team

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