火星氣候

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(shí)的傾角變化所引發(fā)的。簡(jiǎn)單地說，當(dāng)火星沿繞日軌道運(yùn)行時(shí)，其超向太陽部位會(huì)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(bào)道，科學(xué)家們?nèi)涨坝职l(fā)現(xiàn)了一個(gè)地球與火星所具有的相似之處。在“火星勘測(cè)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(shí)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。

火星阿倫沌地(Aram Chaos) 的畫面，揭秘火星氣候變化

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(shí)的傾角變化所引發(fā)的。簡(jiǎn)單地說，當(dāng)火星沿繞日軌道運(yùn)行時(shí)，其超向太陽部位會(huì)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(shí)，原先聚集在其兩極地區(qū)的二氧化碳?xì)怏w便會(huì)涌向赤道附近，除此之外，這一角度的改變還會(huì)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(dòng)會(huì)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(huì)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(cè)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(duì)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(shí)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。

火星沙丘原野（Dune Field）的景致

凱文·劉易斯指出：“之所以會(huì)出現(xiàn)這一相對(duì)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(shí)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(huì)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(dòng)態(tài)變化過程不但會(huì)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(bào)》報(bào)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(cè)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(zhǎng)歷史長(zhǎng)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(dòng)的冰沙丘反映了火星氣候是如何隨時(shí)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(shí)，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。

火星勘測(cè)軌道飛行器2008年4月28日拍攝的沙丘

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(cuò)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(gè)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(cè)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(cè)軌道飛行器被用于識(shí)別礦物和個(gè)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(chǎng)所。按計(jì)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(duì)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(cè)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(shí)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(shí)它富含水冰。火星上所保存的那個(gè)時(shí)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(cè)的火星沉積層。

火星上漫游的兩輛火星車“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)已發(fā)現(xiàn)更多證據(jù)，表明火星上盡管曾有過濕潤(rùn)的歷史環(huán)境，但也曾有過酷熱、狂暴的時(shí)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(huì)年會(huì)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(shí)刻，但大部分時(shí)間卻不適合生命發(fā)展。
迄今，“勇氣”號(hào)火星車已登陸火星708個(gè)地球日，超過一個(gè)火星年（火星上一年相當(dāng)于687個(gè)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(hào)也將在本月11日迎來登陸后的新一個(gè)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(bào)告說，“勇氣”號(hào)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(hào)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(hào)探索了附近的沙漠、礫石和基巖構(gòu)造。火星車探測(cè)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(hào)共檢查了6種巖石。從這些巖石構(gòu)成可推測(cè)，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(hào)也得到了更多證據(jù)。項(xiàng)目科學(xué)家說，“機(jī)遇”號(hào)先后探索了兩個(gè)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(rùn)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(gè)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(gè)濕潤(rùn)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(huì)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(zhǎng)的干旱炎熱期，期間濕潤(rùn)期越來越短，這使火星喪失了大部分大氣和水分。
與此同時(shí)，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(zhǎng)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(shí)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(jì)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?cè)诹銛z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(gè)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(tái)熒光探測(cè)儀，用來探測(cè)產(chǎn)甲烷古菌新陳代謝時(shí)產(chǎn)生的微弱熒光，這臺(tái)儀器能探測(cè)出每毫升土壤或地層中存在的1個(gè)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(bào)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(cè)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(dòng)，但是近代火星表面存在流動(dòng)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)。

HiRISE最新圖像暗示著火星表面存在液態(tài)水的時(shí)期要更早一些

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(dòng)，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(dòng)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(cè)的這些火星地形是一個(gè)向外流出的水渠，在200萬-800萬年前，這樣流動(dòng)狀態(tài)的液體水仍存在于火星表面。巴姆說：“觀測(cè)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(huì)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(bào)》上。火星近代水活動(dòng)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(duì)于生命體存在是必不可少的條件，諸如目前觀測(cè)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)。”

火星勘測(cè)軌道飛行器HiRISE觀測(cè)到火星赤道存在著半球多邊形塊狀土壤