火星氣候

目錄

[隱藏顯現(xiàn)]

1 簡介

2 氣候變化

3 揭示火星氣候變化

4 火星氣候惡劣但可能曾有生命

5 近代火星氣候比之前認(rèn)為的更暖和

火星氣候，來自美國加利福尼亞大學(xué)的研究人員表示，火星氣候的改變是由火星繞日公轉(zhuǎn)時的傾角變化所引發(fā)的。簡單地說，當(dāng)火星沿繞日軌道運(yùn)行時，其超向太陽部位會發(fā)生些許的改變。而這一過程在地球繞日運(yùn)行的歷史上也曾多次發(fā)生過，并誘發(fā)了全球性的氣候劇變。 據(jù)國外媒體報道，科學(xué)家們?nèi)涨坝职l(fā)現(xiàn)了一個地球與火星所具有的相似之處。在“火星勘測軌道飛行器”傳回的最新照片上，研究人員清楚地看到了火星氣候發(fā)生變化時所留下的痕跡。令他們感到吃驚的是，在地球上也存在著類似的現(xiàn)象。

來自美國加利福尼亞大學(xué)的研究人員表示，火星氣候的改變是由火星繞日公轉(zhuǎn)時的傾角變化所引發(fā)的。簡單地說，當(dāng)火星沿繞日軌道運(yùn)行時，其超向太陽部位會發(fā)生些許的改變。而這一過程在地球繞日運(yùn)行的歷史上也曾多次發(fā)生過，并誘發(fā)了全球性的氣候劇變。
參與該項(xiàng)研究的凱文·劉易斯表示：“當(dāng)火星旋轉(zhuǎn)軸線的傾斜角度發(fā)生變化時，原先聚集在其兩極地區(qū)的二氧化碳?xì)怏w便會涌向赤道附近，除此之外，這一角度的改變還會誘發(fā)其他一些更為有趣的變化。”
據(jù)科學(xué)家們介紹，地球旋轉(zhuǎn)軸線的傾斜角度在最近40000萬年中曾從22.1度變化到24.5度，目前為23.5度。這種波動會引起全球性的氣候變化，導(dǎo)致冰川期或溫暖期的交替出現(xiàn)。
科學(xué)家們指出，無論在地球上，或是在火星上，旋轉(zhuǎn)軸線傾角的變化都會導(dǎo)致它們獲得的陽光量發(fā)生改變。
借助一系列高精度的科學(xué)儀器，“火星勘測軌道飛行器”繪制出了火星表面一處山地的立體地形圖。其上呈現(xiàn)出的四座環(huán)形山引起了科學(xué)家們的特別注意。
研究人員仔細(xì)地對這些環(huán)形山中裸露出的沉積巖層進(jìn)行了分析，以期發(fā)現(xiàn)在各種氣候條件下各巖層所表現(xiàn)出的不同特點(diǎn)。
此次發(fā)現(xiàn)的巖層厚度從2米到10米不等，它們每一層的形成時間都需大約10萬年左右，而且由于氣候的變化，每一層的化學(xué)成份也存在著明顯差異。

凱文·劉易斯指出：“之所以會出現(xiàn)這一相對穩(wěn)定的周期，正是由火星旋轉(zhuǎn)軸線傾角的變化規(guī)律所決定的。這種傾角的改變直接影響到了火星兩極間接收到的陽光數(shù)量，進(jìn)而導(dǎo)致了氣候的變化。”
科學(xué)家們同時還指出，火星氣候除了周期為10萬年的變化外，每隔100萬年還會發(fā)生一次更為劇烈的全球性改變。而這種氣候的周期性動態(tài)變化過程不但會出現(xiàn)在火星上，在地球和太陽系中的其他行星上也都是普遍存在著的。

據(jù)英國《每日郵報》報道，數(shù)百萬年來，火星氣候經(jīng)歷了巨大的變化，顯然，由美國宇航局的火星勘測軌道飛行器（MRO）上的高清晰度相機(jī)拍到的一千多張壯觀的火星精美畫面，已經(jīng)揭示了氣候在漫長歷史長河中是如何改變此紅色行星的形狀的。此相機(jī)的分辨率很高，甚至小到一張辦公桌的地方也能看得清晰明了。
科學(xué)家認(rèn)為許多生動的冰沙丘反映了火星氣候是如何隨時間而變化的。其中一幅圖片顯示火星北極的層狀沉積結(jié)構(gòu)，表明中間的層狀塵埃冰厚達(dá)3公里。
此暴露懸崖面的這些層狀沉積結(jié)構(gòu)顯示這些堆積的冰層有不同的內(nèi)層，這意味著在此冰層形成時，火星上的氣候發(fā)生了變化。此獨(dú)特的懸崖面位于博勒拉峽谷（Chasma Boreale）的入口處，此峽谷切斷了火星北極的沉積層。

此沉積層截面還反映了與眾不同的沙層和滿是塵埃的冰層。這種層次交錯的地形特征出現(xiàn)在此沙層之中，表明其每一層來源于一個沙丘，而此沙丘隨后被冰覆蓋了。不過，此圖片上的顏色不同于正常人類視力所看到的自然色彩，而是一種強(qiáng)化色彩，以更好區(qū)分火星表面上的冰霜、塵埃和巖石。
由火星勘測軌道飛行器的高清晰度科學(xué)實(shí)驗(yàn)成像照相機(jī)（HiRISE）于4月26日至7月21日所拍攝的這1005張火星圖片是由相關(guān)的科學(xué)家最新公布的。此相機(jī)從上拍下了火星表面最清晰的圖片。HiRISE相機(jī)的發(fā)言人表示，全球科學(xué)家都在使用這些圖片來了解火星先前不曾解開的許多現(xiàn)象。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)之前沒有看到的一些火星新特征。
這些數(shù)據(jù)組成了火星任務(wù)的一部分材料，此任務(wù)就是行星數(shù)據(jù)系統(tǒng)。火星勘測軌道飛行器被用于識別礦物和個別巖層，這些信息正是選擇未來火星著陸點(diǎn)的重要依據(jù)。HiRISE的首席調(diào)查員阿爾佛雷德?麥伊溫正在為美國宇航局的火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（MSL）著陸車選擇最佳著陸場所。按計劃，火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（MSL）將在2009年發(fā)射到火星去。他表示，來自歐美軌道飛行器的最新證據(jù)表明富含鐵、鎂和鋁的粘土在古老的火星巖床中廣為存在。“這是一項(xiàng)驚人的發(fā)現(xiàn)。目前對這些粘土材料的沉積和變化過程及其實(shí)際環(huán)境還不清楚，但這些地方將很快成為我們未來漫游車和樣品返回任務(wù)探測的目標(biāo)地。”
科學(xué)家希望研究火星以揭示更多有關(guān)地球如何形成的信息。他們相信我們太陽系的生命是在大約39億年前的后期重轟炸期(Late Heavy bombardment)期間或之前　形成的。當(dāng)時有一些較大的隕坑形成于月球和周圍的行星上。麥伊溫說：“我們知道火星經(jīng)歷了重大的轟擊，且當(dāng)時它富含水冰。火星上所保存的那個時候的巖石記錄遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過地球所保存的記錄。”
HiRISE圖片顯示火星部分地方變硬了，古老地殼裸露在火星的表面，形成了“巨形角礫巖”，是一種由重大事件形成的較大的混亂的巖石碎片堆，大部分是由古老火星的重大撞擊產(chǎn)生的。火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（MSL）的三處候選地將是它要去探測的火星沉積層。

火星上漫游的兩輛火星車“勇氣”號和“機(jī)遇”號已發(fā)現(xiàn)更多證據(jù)，表明火星上盡管曾有過濕潤的歷史環(huán)境，但也曾有過酷熱、狂暴的時期，氣候干燥缺水，經(jīng)常有火山爆發(fā)和天體撞擊。科學(xué)家在美國地質(zhì)學(xué)聯(lián)合會年會上說，這些證據(jù)表明火星環(huán)境曾有過適合生命存在的歷史時刻，但大部分時間卻不適合生命發(fā)展。
迄今，“勇氣”號火星車已登陸火星708個地球日，超過一個火星年（火星上一年相當(dāng)于687個地球日），它在火星上行駛了5．5公里；而在火星另一半球的“機(jī)遇”號也將在本月11日迎來登陸后的新一個火星年，它行駛了6．4公里。兩輛火星車共向地球傳回了13萬張火星照片。
項(xiàng)目科學(xué)家報告說，“勇氣”號正在探索古謝夫環(huán)形山區(qū)域的“赫斯本德山”，不久前“勇氣”號曾攀登上該山頂峰，目前正在下山坡。在這段約1公里的行程中，“勇氣”號探索了附近的沙漠、礫石和基巖構(gòu)造。火星車探測項(xiàng)目首席科學(xué)家、康奈爾大學(xué)教授斯奎爾斯介紹說，“勇氣”號共檢查了6種巖石。從這些巖石構(gòu)成可推測，歷史上“赫斯本德山”附近區(qū)域氣候非常炎熱而狂暴，經(jīng)常有火山噴發(fā)和天體撞擊，而水可能只一度存在于熱泉中，或以極微量存在于巖層中。
而在火星梅里迪亞尼平面附近巡游的“機(jī)遇”號也得到了更多證據(jù)。項(xiàng)目科學(xué)家說，“機(jī)遇”號先后探索了兩個環(huán)形山“耐心”和“維多利亞”，以及它們中間地面的基巖構(gòu)造。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些基巖的構(gòu)造類似“夾心餅干”，即一層是沉積巖層，一層是由沙堆石化的巖層，反復(fù)疊加。這表明，30億至40億年來，梅里迪亞尼平面附近的氣候反復(fù)發(fā)生干旱和濕潤的循環(huán)，且最上層的巖層是砂巖，說明最近一次氣候變化是一個干旱周期。此外，水流影響下形成的鐵氧化物顆粒盡管在所有巖層中都存在，但在較年輕的巖層中含量卻較稀少，表明最近一個濕潤周期更短或這些鐵氧化物顆粒形成于其他原因。斯奎爾斯說，兩輛火星車搜集的證據(jù)表明，火星歷史環(huán)境可能是大多數(shù)生命形式的“禁區(qū)”，特別是在其炎熱干旱的周期里。這次會議上其他科學(xué)家發(fā)表的成果也支持了這一假設(shè)。
柏林自由大學(xué)的諾伊庫姆認(rèn)為，火星上可能直到30億年前還有大量水體存在，氣候適宜，但26億年前一次大規(guī)模火山噴發(fā)，使火星驟然變熱，冰川融化，水分蒸發(fā)，自此之后火星進(jìn)入了漫長的干旱炎熱期，期間濕潤期越來越短，這使火星喪失了大部分大氣和水分。
與此同時，科學(xué)家在格陵蘭島地下冰芯中發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)甲烷古菌生存的證據(jù)。這種能在極端嚴(yán)酷條件下生存的微生物有可能在火星上生存。產(chǎn)甲烷古菌是一種極其古老的微生物，比細(xì)菌還要原始。它們能在無氧、無陽光的條件下生存，借助化學(xué)反應(yīng)的能量或地?zé)岬刃玛惔x，甲烷是其代謝產(chǎn)物。普萊斯等人分析從格陵蘭島地下3千多米深處采集的冰芯樣本底部，發(fā)現(xiàn)其中甲烷濃度異常高，而周圍大致同一深度卻只有少量產(chǎn)甲烷古菌生存。研究人員認(rèn)為，冰芯中的高濃度甲烷，應(yīng)該就是漫長年代中積累的產(chǎn)甲烷古菌的代謝產(chǎn)物。
他們分析這些產(chǎn)甲烷古菌的代謝速率后發(fā)現(xiàn)，古菌已在地下生存了10萬年之久，在地下3千多米的嚴(yán)酷環(huán)境下，產(chǎn)甲烷古菌的代謝極其緩慢，10萬年中它們新陳代謝產(chǎn)生的能量，只夠用來修補(bǔ)環(huán)境給自身基因帶來的損傷，談不上繁殖發(fā)展。與此同時它們產(chǎn)生的甲烷卻逐漸積累起來。研究人員認(rèn)為，產(chǎn)甲烷古菌很可能存在于火星上，并且是火星大氣中甲烷的來源。火星大氣的甲烷濃度大約為億分之一，但在火星的環(huán)境中甲烷不可能穩(wěn)定存在，因?yàn)殛柟夂苋菀资辜淄榕c氫氧基結(jié)合形成水和二氧化碳，而目前又沒有證據(jù)表明火星上有持續(xù)產(chǎn)甲烷的化學(xué)過程，因此甲烷很可能是生物過程產(chǎn)生的。
普萊斯等人根據(jù)火星大氣甲烷的流失速度和冰芯附近產(chǎn)甲烷古菌的代謝速率計算出，如果產(chǎn)甲烷古菌是火星大氣中甲烷的來源，假設(shè)它們在零攝氏度環(huán)境下10米厚的地層中平均分布，那么古菌的分布濃度只要達(dá)到每毫升容積1個古菌，就能穩(wěn)定地維持火星大氣中的甲烷濃度。為了驗(yàn)證這一設(shè)想，他們目前正在制造一臺熒光探測儀，用來探測產(chǎn)甲烷古菌新陳代謝時產(chǎn)生的微弱熒光，這臺儀器能探測出每毫升土壤或地層中存在的1個古菌，將來還可以安裝在新的火星車上尋找火星生命。

據(jù)美國太空網(wǎng)報道，依據(jù)科學(xué)家最新一項(xiàng)關(guān)于火星表面某些地形的調(diào)查研究顯示，近代火星的氣候要比之前科學(xué)家所認(rèn)為的更加暖和。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)暗示著可能存在著火星生命。
英國公開大學(xué)馬修－巴姆（Matthew Balme）研究了美國宇航局火星勘測軌道飛行器（MRO）高分辨率成像科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器（HiRISE）所拍攝的火星赤道地形圖像，足夠的證據(jù)顯示，在數(shù)十億年前火星表面曾覆蓋著液態(tài)水，雖然近年來的幾項(xiàng)研究顯示近代火星表面存在著液態(tài)水流動，但是近代火星表面存在流動的液態(tài)水的確鑿證據(jù)仍無法確認(rèn)，成為了科學(xué)家頗為關(guān)注的焦點(diǎn)。

例如：溝渠地形暗示著在125萬年前火星表面仍有液態(tài)水流動，另一項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn)在10億年前火星表面可能存在著河流。巴姆的分析顯示，赤道的某些地形是在近代200萬年前“結(jié)冰－融化”周期中含冰土壤融化形成的。HiRISE所拍攝的圖像呈現(xiàn)出赤道附近存在著半球多邊形塊狀土壤、多分枝溝渠地形、斑駁的土壤碎片和圓錐狀土堆結(jié)構(gòu)，這樣的地形非常類似于地球極地上永久凍土融化后的狀況。永久凍土已冷凍多年，甚至數(shù)千年，多數(shù)存在于北極地區(qū)，如果氣候發(fā)生變化，永久凍土將最終融化。
巴姆說：“之前科學(xué)家認(rèn)為赤道附近這樣的地形可能是由于火山活動導(dǎo)致的，目前HiRISE拍攝的令人驚異的圖像顯示該地形是由于冰層膨脹和收縮形成的，以及富含冰的地面土壤融化作用。這暗示著之前火星的氣候與現(xiàn)今存在著很大的差異。”
所觀測的這些火星地形是一個向外流出的水渠，在200萬-800萬年前，這樣流動狀態(tài)的液體水仍存在于火星表面。巴姆說：“觀測證實(shí)不僅在幾百萬年前火星赤道存在著冰，而且從地形的特征來看，這些冰水物質(zhì)形成了液態(tài)水，然而再進(jìn)行冷凍，經(jīng)歷了許多周期。”
據(jù)悉，巴姆的這項(xiàng)研究得到了英國科學(xué)技術(shù)設(shè)施研究理事會的津貼資助，該項(xiàng)研究將發(fā)表在近期出版的《地球和行星科學(xué)快報》上。火星近代水活動性將有助于尋找火星曾經(jīng)或當(dāng)前存在的生命體，或許火星最早期的生命體要早于地球生命體。
巴姆說：“液態(tài)水對于生命體存在是必不可少的條件，諸如目前觀測的火星赤道地形將有助于尋找火星過去存在生命的證據(jù)。”