【博科园-科学科普】多亏了几十年的探索，使用机器人轨道飞行器，兰德斯和漫游者号。科学家们确信数十亿年前液态水在火星表面流动。除此之外还有许多问题，包括水流是间歇性的还是规律的。换句话说在数十亿年前，火星真的是一个“温暖而潮湿”的环境，还是“冰冷而冰冷”的环境?
在过去冰川可能存在于火星表面，在夏天提供融水来创造我们今天看到的特征。图片：NASA/Caltech/JPL/UTA/UA/MSSS/ESA/DLR Eric M. De Jong, Ali Safaeinili, Jason Craig, Mike Stetson, Koji Kuramura, John W. Holt
由于火星表面和大气的性质，这些问题一直存在，这提供了矛盾的答案。根据布朗大学(Brown University)的一项新研究，似乎两者都是如此。基本上早期火星可能有大量的表面冰，它们经历了周期性的融化，产生了足够的液态水，从而形成了今天在地球上看到的古老的山谷和湖床。
该研究题为“晚期Noachian冰雪高地气候模型:探索通过峰年和季节温度的短暂融化和河流/湖泊活动的可能性”，最近在Icarus出现。Ashley Palumbo是Brown ' s Department of Earth,Environmental and行星科学的博士生，她领导了这项研究，并由她的指导教授(Jim Head)和哈佛大学工程和应用科学学院的Robin Wordsworth教授加入。
通过火星南部高地的大量山谷网络，表明地球曾经温暖而湿润。图片：NASA/JPL-Caltech/Arizona State University
为了研究，Palumbo和她的同事们试图找到火星地质学之间的桥梁(这表明火星曾经是温暖和潮湿的)和它的大气模型，这表明它是寒冷和冰冷的。正如他们所证明的那样：在过去火星通常是被冰川覆盖的，在夏季的峰值日，这些冰川会在边缘融化，产生流动的水。
经过多年的研究得出结论：这些融水的小沉淀足以把今天表面上观察到的特征雕刻出来。最值得注意的是可以雕刻出在火星南部高地上观测到的山谷网络。正如Palumbo在布朗大学的新闻发布会上解释的那样，他们的研究受到了地球上类似的气候变化的启发：在南极的干谷中看到了这一点，在那里季节性的温度变化足以形成和维持湖泊，尽管平均每年的温度远低于冰点，我们想看看古代火星是否有类似的可能。
为了确定大气模型和地质证据之间的联系，Palumbo和她的团队开始了火星上最先进的气候模型，这个模型假设40亿年前，大气主要由二氧化碳组成(就像今天一样)，太阳的产出比现在要弱得多。从这个模型中确定火星在早期通常是寒冷和冰冷的。
火星南部edi Valles，一个大约800公里的山谷，延伸至西南和东北，位于克莱斯·普拉尼亚西南的Xanthe Terra地区。图片：ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)
然而也包含了一些可能在40亿年前的火星上存在的变量。这些包括更厚的大气层，这将使温室效应更显著。由于科学家们无法确定火星大气的密度在4.2到37亿年前之间的密集程度，Palumbo和她的团队利用这些模型考虑了各种可能的大气密度。
也还考虑了火星轨道上的变化，这可能存在于40亿年前，这也受到了一些猜测。在这里也测试了各种可能的场景，其中包括轴向倾斜和不同的偏心度。这将会影响到一个半球对另一个半球所接收到的阳光的多少，从而导致更显著的季节变化。
最后该模型制作了一些场景，在南部高地的山谷网络位置附近的冰层覆盖区域。虽然这颗行星的平均年气温远低于冰点，但它也产生了高于冰点的地区夏季温度。剩下的唯一的事情就是证明所产生的水量足以雕刻这些山谷。
幸运的是在2015年，吉姆·海德教授和埃利奥特·罗森伯格(当时是布朗大学的一名本科生)创建了一项研究，该研究估计生产最大的这些山谷所需的最低水量。Palumbo和她的同事们利用这些估计，以及其他研究提供了必要的径流率和山谷网络形成的持续时间，他们发现了一个模型推导出的场景。
火星是温暖的还是水的(比如蓝色的地球?)还是一个偶尔经历融化的冰球?图片：Kevin Gill
基本上发现如果火星有一个古怪的0.17(0.0934相比,它目前的偏心)的轴倾角25°(今天相比25.19°),和一个600年的大气压力mbar(是现在的100倍),那么用了约33000到1083000年生产足够的融水形成硅谷网络。但假设圆轨道,一个轴向的瓷砖25°,1000 mbar的氛围,大约要花21000到550000年。
在40亿年前火星可能运行的轨道范围内，这些场景所需的偏心和轴向倾斜程度都很好。正如海德所指出的，这项研究可以调和过去一直存在的大气和地质证据:
这项研究增加了一个合理的假设，解释了液态水在火星早期形成的方式，类似于我们在南极麦克默多干谷的野外工作中所观察到的河流和湖泊的季节性融化。我们目前正在探索额外的候选变暖机制，包括火山作用和撞击坑坑，这也可能导致寒冷和冰冷的早期火星的融化。
同样重要的是表明火星气候也经常发生在地球上的变化。这也提供了另一个迹象，说明我们的两架飞机在某些方面是相似的，以及如何研究有助于增进我们对另一架飞机的理解。
火星可能经历过温暖的流动水，在太阳的产出比今天弱得多的时候，这一问题一直是争论的焦点。近年来，研究人员已经提出了各种各样的建议，比如地球是如何变暖的，从卷云到从地表下的甲烷气体周期性爆发。
虽然这项最新的研究并没有完全解决“温暖的水”和“寒冷和冰冷”的阵营之间的争论，但它确实提供了令人信服的证据，表明两者可能不是相互排斥的。这项研究也是在第48届月球和行星科学会议上发表的演讲的主题，该会议于2018年3月20日至24日在德克萨斯州的伍德兰德举行。
参考：布朗大学，Icarus
作者：Matt Williams
来自：Universe Today
编译：中子星
审校：博科园
