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研究人员揭开火星神秘“蜘蛛”地形面纱

发布时间:2021-03-26 来源:cnBeta.COM

  据外媒报道, 都柏林三一学院的研究人员揭开了神秘的“火星蜘蛛地形(spiders from Mars)”面纱。 他们首次提供了证明火星表面这些独特特征可能是由二氧化碳冰的升华形成的实物证据。 “蜘蛛(spiders)”地形--更正式的叫法是araneiforms--是一种外形奇特的负地形树状槽放射状系统,类似于树枝或叉状闪电的图案。

  这些在地球上没有发现的特征被认为是由火星春季干冰直接从固体转变为气体而刻入火星表面的。跟地球不同的是,火星的大气层主要由二氧化碳组成,随着冬季气温的下降,这些二氧化碳会以结冰和形成霜的形式沉积在火星表面。

  三一学院的研究团队及英国杜伦大学、开放大学的同行们进行了一系列相关实验。他们于3月19日将最新发现成果发表在了《Scientific Reports》上。

  火星模拟舱

  领导了这项研究的Lauren McKeown博士指出:“这项研究提出了第一套表明火星表面过程被认为改变了极地景观的经验证据。Kieffer假说已经被广泛接受了十多年,但直到现在,它还只是建立在一个纯粹的理论框架中。(现在)这些实验直接表明,我们在火星轨道上观察到的蜘蛛图案可以通过干冰从固体直接转化为气体而雕刻出来。这令人兴奋,因为我们开始更多地了解火星表面的季节性变化。”

  研究小组在二氧化碳冰块的中心钻孔,然后用类似于拱廊的爪子将它们悬浮起来并悬浮在不同颗粒大小的颗粒层之上。他们将真空室中的压力降低到火星大气压力(6mbar)条件下,然后使用杠杆系统将二氧化碳冰块放置在火星表面。

  实验中,研究人员使用了莱顿弗罗斯特效应的效应,即如果一种物质接触到比其升华点热得多的表面它就会在自身周围形成一层气体。当块体到达沙质表面时二氧化碳直接从固体转变为气体,可以看到物质以羽流的形式从中心孔中逸出。

  在另一个例子中,一旦块体被移除,蜘蛛状图案就会被逸出的气体侵蚀。当使用较细的晶粒尺寸时,蜘蛛状图案的分支更多,而当使用较粗的晶粒尺寸时分支则更少。

  这是这一现存表面过程的第一套经验证据。

  三一学院地理系的Mary Bourke博士指导了这项博士研究,她表示,这项创新工作支持了一个新兴的主题,即当前火星上的气候和天气不仅对动态表面过程有重要影响而且对未来任何机器人和/或人类对这个星球的探索都有重要影响。

  关于蜘蛛地形形成的主要假说(Kieffer’s hypothesis)认为,在春天,阳光穿透半透明的冰层以加热冰层下的地形,冰会从底部升华进而导致压力增加并最终导致冰破裂、让加压的气体从冰的裂缝中逸出,逸出气体的路径将会留下大家今天在火星上观察到的树枝状图案,而沙尘/尘埃物质将会以羽流的形式沉积在冰的顶部。

  然而直到现在,人们还不知道这样的理论过程是否可行,并且这个过程从未在火星上被直接观察到过。

  此外,研究人员还观察到,当二氧化碳块被释放出来并允许在沙床中升华时,升华比预期的要强烈得多。这一观测结果将有助于理解火星上其他跟二氧化碳升华相关的过程模型,如火星上线性沙丘沟壑周围的横向循环扩散流的形成。

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