火星隕石坑暗含著行星古環(huán)境的線索

　　4月14日發(fā)表在《自然—地球科學(xué)》上的一項(xiàng)研究指出，火星大氣可能從未達(dá)到使行星表面溫度長(zhǎng)期處于零攝氏度以上的厚度。盡管針對(duì)這顆天體的地形學(xué)分析表明，液態(tài)水曾在遠(yuǎn)古時(shí)期將火星淹沒，但是越來越多的證據(jù)顯示，這些事件只是反映了偶然的溫暖階段，而非這顆行星歷史上一貫的嚴(yán)酷狀態(tài)。

　　火星上的流水痕跡包括據(jù)推測(cè)堆積在古老湖泊底部的層狀沉積物，以及顯然是由大洪水“雕琢”形成的陡峭峽谷和低地。這些都在提醒研究人員，這顆如今又冷又干的紅色星球在它的早期歷史中也曾溫暖和濕潤(rùn)。但是美國(guó)新澤西州普林斯頓大學(xué)行星科學(xué)家Edwin Kite指出，這一切都需要一個(gè)比當(dāng)前厚得多的大氣層才能實(shí)現(xiàn)，而這一景象現(xiàn)在看來似乎是不可能的。

　　Kite及其同事指出，反對(duì)古老火星擁有濃厚大氣層的時(shí)間超過幾千年這一假設(shè)的證據(jù)，在于這顆行星上隕石坑的尺寸。研究人員提出，如果火星曾擁有密集的大氣，那么小型天體在穿越大氣層時(shí)必定會(huì)被分解，就像它們?cè)诘厍虼髿鈱又兴?jīng)歷的那樣，而不會(huì)被大部分完整無損地保留下來并形成隕石坑。

　　利用火星勘測(cè)軌道飛行器拍攝的圖像，研究人員分析了位于火星赤道附近一塊84000平方公里區(qū)域中的300多個(gè)隕石坑。從地質(zhì)學(xué)角度而言，這是一塊在36億年來從未發(fā)生變化的區(qū)域。研究人員發(fā)現(xiàn)，其中10%的隕石坑的直徑等于或不足50米，而大約10%的遠(yuǎn)古隕石坑的直徑為21米甚至更小。

　　隨后，研究小組利用計(jì)算機(jī)模擬了外來天體撞擊火星的情況，并按一系列的大氣密度嘗試了不同的場(chǎng)景。由于隕石坑的尺寸會(huì)因天體撞擊火星表面的角度差異而產(chǎn)生不同，因此只是簡(jiǎn)單著眼于行星最小隕石坑的直徑并不會(huì)提供遠(yuǎn)古大氣密度的真實(shí)信息。Kite同時(shí)指出，其他一些因素，例如撞擊天體的飛行速度也會(huì)對(duì)隕石坑的大小產(chǎn)生影響。他強(qiáng)調(diào)：“關(guān)鍵不在于最小隕石坑的大小，整個(gè)隕石坑的分布規(guī)模才是最重要的?！?/p>

　　根據(jù)研究小組的分析，遠(yuǎn)古火星大氣施加的表面壓力可能僅僅是其當(dāng)前值的150倍。加利福尼亞州莫菲特場(chǎng)市藍(lán)色星球空間科學(xué)研究所的天體生物學(xué)家Sanjoy Som認(rèn)為，這意味著當(dāng)時(shí)火星大氣層的厚度尚不及一些研究小組提出的使火星表面一直保持零攝氏度以上溫度所需大氣厚度的1/3。

　　“這是一篇出色的論文。”羅得島州普羅維登斯市布朗大學(xué)行星科學(xué)家James Head表示，“它支持了先前的研究，表明早期的火星是冰冷的。”

　　Som強(qiáng)調(diào)：“很明顯，火星是潮濕的，但我們并不很清楚它到底有多溫暖?！?/p>

　　Kite及其同事認(rèn)為，最可能的答案是火星是間歇性溫暖的。研究人員提出，火星軸線傾斜角度的規(guī)律性變化能夠溫暖這顆行星并偶爾提供一個(gè)具有保護(hù)性的大氣層。同時(shí)火山活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體，或大型天體碰撞釋放的氣體也會(huì)使火星大氣層暫時(shí)變厚。而由一次大型碰撞產(chǎn)生的熱量能夠蒸發(fā)掉行星巖石中的任何揮發(fā)性物質(zhì)，甚至碰撞天體自身。

　　Head指出，無論是上述任何一種情況都能夠使火星大氣層變厚幾十年或幾個(gè)世紀(jì)。他強(qiáng)調(diào)：“這足以使液體在火星表面流動(dòng)?！备鶕?jù)較早前的一項(xiàng)研究，一顆直徑200千米的天體撞擊火星所產(chǎn)生的空氣壓力便足以使火星表面的溫度停留在零攝氏度以上達(dá)一個(gè)世紀(jì)。

　　火星的大氣密度只有地球的約1%，非常干燥，溫度低，表面平均溫度零下55攝氏度，水和二氧化碳易凍結(jié)?；鹦悄菍颖”〉拇髿庵饕怯蛇z留下的二氧化碳(95.3%)加上氮?dú)?2.7%)、氬氣(1.6%)和微量的氧氣(0.15%)和水蒸氣(0.03%)組成的?；鹦潜砻娴钠骄髿鈮簭?qiáng)僅為約7毫巴(比地球的1%還小)。