ExoMars在火星大峡谷发现隐藏的水

欧洲航天局和俄罗斯联邦太空局的ExoMars微量气体轨道器在火星引人注目的峡谷系统水手谷的中心发现了大量的水。

这些隐藏在火星表面下的水是由跟踪气体轨道器(TGO)的FREND仪器发现,该仪器正在绘制火星土壤最上层一米中的氢含量图(一种测量水含量的方法)。

火星上的跟踪气体轨道器
影像来源:ESA

虽然已知火星上存在水,但在火星寒冷的极地地区发现的水大部分以冰的形式存在。在赤道附近的火星表面没有发现水冰,因为这里的温度不足以使暴露的水冰保持稳定。

包括欧洲航天局的火星快车号在内的任务已经在火星低纬度地区寻找近地表的水,并发现了少量的水。近地表水是土壤中覆盖灰尘颗粒或被锁在矿物质中的冰。然而,这类研究只探索了火星的表面;火星地下可能存在被灰尘覆盖的更深的冰库。

“通过TGO,我们可以向下看这个尘土层以下一米,看看火星表面下面到底发生了什么——而且,至关重要的是,找到以前仪器无法检测到的富含水的‘绿洲’,”伊戈尔·米特罗凡诺夫说 俄罗斯科学院空间研究所,俄罗斯莫斯科; 新研究的主要作者; 和 FREND(精细分辨率超热中子探测器)中子望远镜的首席研究员。

位于俄罗斯莫斯科俄罗斯科学院空间研究所的伊戈尔·米特罗法诺夫说:“有了TGO,我们可以俯瞰尘土层一米以下,看看火星表面下到底发生了什么——关键的是,找到以前的仪器无法探测到的富含水的‘绿洲’。”他这项新研究的主要作者;以及FRED(精细分辨率超热中子探测器)中子望远镜的主要研究人员。

“FREND揭示了在巨大的峡谷系统水手谷中含有异常大量的氢的区域:假设我们看到的氢结合成水分子,那么似乎该区域近地表物质中有40%是水。”

这片富水区域的面积约为荷兰的大小,与坎多尔混沌深谷重叠,坎多尔混沌深谷是峡谷系统的一部分,被认为是我们在火星上寻找水的希望所在。

追踪中子

伊戈尔和他的同事分析了2018年5月至2021年2月FREND的观测结果,该结果通过探测中子而不是光来绘制火星土壤的氢含量。

“中子是在被称为‘银河宇宙线’的高能粒子撞击火星时产生;干燥的土壤比湿润的土壤释放更多的中子,因此我们可以通过观察土壤释放的中子来推断土壤中有多少水,”同为俄罗斯科学院空间研究所研究员的阿列克谢·马拉科夫补充道。“FREND独特的观测技术带来的空间分辨率远高于以往的类型测量,使我们现在能够看到以前没有发现的水的特征。”

“我们发现水手谷的中心部分充满了水——远远超过了我们的预期。这非常像地球的永久冻土区,由于持续的低温,那里的水冰永久地存在于干燥的土壤下”

ExoMars TGO绘制了水手谷中富含水的区域
影像来源:ESA

这些水可以是冰的形式,也可以是与土壤中其他矿物质化学结合的水。然而,其他的观测告诉我们,在火星的这一部分看到的矿物质通常只含有百分之几的水,比这些新的观测结果所证明的要少得多。“总的来说,我们认为这些水更有可能以冰的形式存在。”阿列克西说。

由于赤道附近的温度和压力条件,水冰通常在火星的这个区域蒸发。同样的道理也适用于化学结合的水:温度、压力和水合作用必须正确组合,以防止矿物质流失水分。这表明,为了保存水,一定有一些特殊的、目前尚不清楚的混合条件组合存在于水手谷中,或者说它正在以某种方式得到补充。

“这一发现是令人惊讶的第一步,但我们需要更多的观察来确定我们所处理的水的形式,”该研究的共同作者、荷兰ESTEC的Håkan Svedhem补充道,他是前ESA项目科学家,负责ExoMars示踪气体轨道器。

“这一发现是惊人的第一步,但我们需要更多的观察来确定我们正在处理的是什么形式的水。”研究合著者Håkan Svedhem补充说,他是欧洲航天局位于荷兰的ESTEC的项目科学家,也是前欧空局ExoMars微量气体轨道器的项目科学家。

“无论结果如何,这一发现都证明了TGO仪器拥有无与伦比的能力,让我们能够‘看到’火星表面以下的情况,并揭示了火星这一地区一个大型、不太深、易于开采的蓄水池。”

未来的探索

由于大多数未来的火星任务都计划在低纬度地区着陆,在这里找到这样一个蓄水池对未来的探索来说是一个令人兴奋的前景。

虽然火星快车已经在火星中纬度地区的地下深处发现了水的迹象,以及火星南极下方的深层液态水池,但这些潜在的蓄水池位于地下几公里处,这使得它们比任何在火星表面下发现的都更不容易开发和探索。

这一发现也使水手谷成为未来人类探索火星任务的更有希望的目标。作为太阳系中最大的峡谷,水手谷可以说是火星上最引人注目的景观,这一特征常常被比作地球大峡谷——尽管它比地球上的大峡谷要长十倍,深五倍。

堪德峡谷的透视视图
影像来源:ESA

“这一结果确实证明了欧洲航天局和俄罗斯联邦太空局的ExoMars计划的成功。”欧洲航天局外火星跟踪气体轨道器项目科学家科林·威尔逊说。

“了解更多关于水在当今火星上存在的方式和位置,对于理解火星上曾经丰富的水发生了什么至关重要,并有助于我们寻找适宜居住的环境、过去生命的可能迹象,以及火星早期的有机物质。”

TGO于2016年发射,是ExoMars项目两次发射中的第一次。2022年,欧洲火星车罗莎琳·富兰克林和俄罗斯地面平台卡札克将加入轨道飞行器,它们将共同努力研究火星上是否曾经存在生命。

参考来源:
https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/ExoMars/ExoMars_discovers_hidden_water_in_Mars_Grand_Canyon

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