火星的未解之謎

吳　載

南北半球的地貌差異

自1976年“海盜號”探測器和2。年后“全球勘探者”查明火星地形的全貌以來，我們知道火星南北半球表面的地貌有很大差異。北半球幾乎是光滑的平地，環(huán)形山為數(shù)不多，而南半球由許多環(huán)形山覆蓋。這個事實表明，南半球是比北半球更古老的地形。赤道一帶有因大規(guī)模火山活動造成的塔爾西斯山區(qū)。火星南北半球地貌差異巨大，成因一直是未解之謎。美國科學(xué)家最近在《自然》雜志發(fā)表文章認(rèn)為，小行星或彗星等外力猛烈撞擊是造成火星南北差異的原因。他們認(rèn)為，數(shù)十億年前，小行星或彗星猛烈撞擊年輕的火星，造成地表巨大差異，不過，也有一些科學(xué)家認(rèn)為，最新研究成果雖然為撞擊說提供了更多論據(jù)，但仍無法完全排除其他可能，如火星自身的地質(zhì)運動。

巨大的沙塵暴之謎

人類通過“水手9號”和“海盜號”探測器觀測到火星上巨大的沙塵暴，而且“全球勘探者”也于2001年觀測到幾乎覆蓋火星的大規(guī)模沙塵暴。大規(guī)模沙塵暴大多是在南半球的冬春兩季頻繁發(fā)生。例如2001年6月發(fā)生的一場沙塵暴，一開始只是南半球赫拉斯盆地上空的一團塵云，接著它的體積稍微有所增大，但是到了6月27日那天，風(fēng)暴開始肆虐，塵云也急速膨脹起來。到7月初，塵云已擴散到盆地之外，并蔓延到整個火星上空。沙塵暴直到9月底才結(jié)束，但是卷起在高層的沙塵還照樣浮游在大氣中，所以到11月火星看上去還是朦朧不清。

火星的大氣很稀薄，只有地球的十幾分之一。從理論上來說，大氣大循環(huán)模型所表現(xiàn)的大規(guī)模的風(fēng)，按火星上那樣的條件不能輕易地刮起來，所以欲從表面揚起沙塵是困難的。盡管如此，實際上大規(guī)模沙塵暴還是發(fā)生了。這是為什么呢?

迄今為止，沒有人能對“火星上的沙塵暴是如何迅速席卷全球”這一疑問做出正確解釋，但是人們趨向于這樣一種理論：由于空氣中的塵埃顆粒吸收了太陽光，使它們周圍的空氣迅速升溫。大風(fēng)卷起火星表面更多塵土，導(dǎo)致氣溫進一步升高，這一循環(huán)機制使得小面積的塵云最終演化成了火星全球性的大沙塵暴。

與此相比，地球上沒有全球性的大沙塵暴。這是因為地球上不存在火星那樣全球蔓延的大沙漠，而沙塵暴是靠自我給養(yǎng)的。其次，地球的氣溫主要受制于水蒸氣中所蘊含的熱能，空氣中的塵粒對氣溫的影響不大。而在火星上，情況則完全不同，因為塵土吸收了太陽光，能導(dǎo)致干燥的空氣驟然升溫，進而形成強風(fēng)，揚起更多的塵土。

水的存在之謎

眾所周知，人們探測火星最感興趣的是是否存在水，因為水關(guān)系到生命的存在。從火星各地發(fā)現(xiàn)的稱之“河谷網(wǎng)”這樣的河流痕跡的地形推測火星上曾經(jīng)有過大量的水。近期，美國宇航局“鳳凰”號登陸器在火星極地冰帽以外的地方發(fā)現(xiàn)了水冰存在證據(jù)。對于了解火星地表是否適于居住，此次發(fā)現(xiàn)無疑是至關(guān)重要的第一步。

現(xiàn)在，科學(xué)家們確信火星上曾經(jīng)有過大量的液態(tài)水。可是水是從哪里來的呢?最有可能的一種解釋是來自富含硫酸的地下水。這是因為“勇氣號”發(fā)回的巖石光譜圖顯示，巖石成分有多達40％是硫酸鹽。地下水通過火山巖層滲透上來，有時會淹沒火星表面，形成淺湖或淺海，然后，水蒸發(fā)了，地面留下一層薄薄的硫酸鹽，這樣的過程在火星上可能多次發(fā)生，于是就累積成了厚厚的含硫酸鹽的巖層。

也有科學(xué)家認(rèn)為北半球的低地曾經(jīng)是海。另外，赫拉斯盆地或阿爾蒂雷平原還積存著水。那么說來，大量存在的水流到哪里去了呢?現(xiàn)在，確認(rèn)火星上存在水僅是在兩極的冰和大氣中的一點點水蒸氣。水是蒸發(fā)了，它是發(fā)散到宇宙空間中去了呢?還是滲入了地下呢?或者至今還作為凍土狀態(tài)存在呢?

不少科學(xué)家認(rèn)為水是滲入地下，這與“奧德賽”探測器的觀測結(jié)果剛好不謀而合。事實上，這次“奧德賽”的觀測目的之一是尋找火星上水的存在。在這個觀測中使用了伽馬射線分光儀。當(dāng)“奧德賽”探測器在降低飛行軌道首次掠過火星時，伽馬射線分光儀在南極以北區(qū)域的土壤中檢測到放射的中于和伽馬射線，由此知道地表和近地表層的氫濃度，這顯示火星上存在水冰的跡象，并且知道永久凍土的量以及隨季節(jié)的變化。

那么，我們從中子和伽馬射線又是怎么知道氫原子存在的呢?眾所周知，火星上沒有稠密大氣，當(dāng)受到宇宙強射線撞擊時，其地表就會釋放很強的中子流。這些中子在穿越火星近地表層時，會與各種元素的原子核發(fā)少碰撞。當(dāng)中子撞到水中的氫原子核時，會減速并釋放部分熱能的中子飛出，如果被氫等其他的原子吸收，則放射出伽馬射線。所以，如果熱中子的量少，伽馬射線的量多時，則認(rèn)為氫的濃度高。

從伽馬射線分光儀發(fā)回的數(shù)據(jù)表明，在南半球南緯60度以南地區(qū)熱中子的員少，而氫吸收中子時釋放能量的伽馬射線量上升。另外，北半球部分也有同樣的地區(qū)。這些事實顯示南緯60度以南地區(qū)有距地表1米左右的永久凍土，好像存在大量的冰。如果這個推斷是正確的話，將來在永久凍土中探尋生命痕跡的使命中，這些地區(qū)將成為勘探的對象。

磁場消失之謎

1996年“全球勘探者”為了進入火星的圓軌道，采用大氣進行制動的方式，沒想到太陽電池板的一側(cè)沒能充分打開，導(dǎo)致了空氣制動的時間延長。由于比預(yù)定的距離更接近火星表面，所以得以進行精密的磁測量，結(jié)果“全球勘探者”在南半球的某些地方發(fā)現(xiàn)了磁干涉條紋。

現(xiàn)在的火星不存在磁場，但是知道過去的磁場局部被保存在巖石中，而且根據(jù)不同的地方，磁性的方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)，產(chǎn)生干涉條紋。這樣的磁干涉條紋在地球的海底也存在，并且作為板塊構(gòu)造理論的證據(jù)。

火星上殘留磁性的存在，顯示這個行星曾有過磁場。但是由于早期火星的核冷卻，磁場消失了。因磁干涉條紋僅在南半球看到，北半球沒有發(fā)現(xiàn)，所以科學(xué)家認(rèn)為北半球的地形是在磁場消失后形成的或內(nèi)部的熱和水?dāng)囋谝黄鹪斐傻漠惓Ｊ勾判韵А＞C上所述，我們僅知道火星上存在過非常強的磁場，有什么東西制造了干涉條紋，以及在某個時期磁場消失了。至于為什么北半球沒有磁干涉條紋，為什么在南半球僅是在某些地方有呢?這些問題人類還沒有找到答案。

(文章代碼：1503)

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