在NASA 2001年奥德赛轨道飞行器上的热发射成像系统(THEMIS)相机拍摄的这些图像中,主要由二氧化碳组成的火星表面霜冻呈现蓝白色。THEMIS拍摄肉眼可感知的可见光和热敏红外线图像。
影像来源:NASA/JPL-Caltech/ASU

一项使用NASA火星奥德赛轨道器数据的新研究可能解释了为什么肉眼看不到火星上的霜冻,以及为什么某些斜坡上会出现尘埃崩塌。

去年,科学家们在研究NASA的火星奥德赛轨道器在黎明时分拍摄的火星表面图像时感到困惑。当他们用肉眼所能感知的可见光观察火星表面时,他们能看到由初升的太阳照亮的幽灵般的蓝白色晨霜。但使用轨道飞行器的热敏相机,霜冻出现的范围更广,包括在看不到霜冻的区域。

科学家们知道,他们看到的是夜间形成的霜,主要由二氧化碳构成——本质上是干冰,在红色星球上,干冰通常以霜冻而不是水冰的形式出现。但为什么这种干冰在某些地方可以看到,而在其他地方却看不到呢?

在上个月发表在《地球物理研究杂志:行星》上的一篇论文中,这些科学家提出了一个令人惊讶的答案,这也可能解释了正在重塑火星的尘埃崩塌是如何在日出后触发。

这些深色条纹,也称为“斜坡条纹”,是由火星上的尘埃崩塌所造成。2017年12月26日,NASA火星勘测轨道器上的HiRISE相机拍摄到了这张照片。
影像来源:NASA/JPL-Caltech/UArizona

从霜冻到蒸汽

奥德赛号于2001年发射升空,是NASA寿命最长的火星任务,其搭载了热发射成像系统(THEMIS),这是一种红外或温度敏感相机,可以提供独一无二的火星表面视图。奥德赛目前的轨道在火星当地时间上午7点提供了一个独特的视角。

“奥德赛的晨间轨道产生了壮观的画面。”该论文的负责人、NASA南加州喷气推进实验室的西尔万·皮克斯说。“我们可以看到日出的长长的阴影在火星表面上延伸。”

因为火星的大气层非常少(只有地球密度的1%),太阳会迅速加热一夜之间形成的霜冻。干冰不是融化,而是在几分钟内蒸发到大气中。
与Piqueux一起工作的喷气动力实验室实习生卢卡斯·兰格第一次注意到,在许多地方,表面上看不到霜冻的低温特征。 这些温度出现在火星表面下几十微米的地方,比一根头发的宽度还小。

“我们的第一个想法是,冰可能被埋在那里。”兰格说。“火星两极附近有大量干冰,但我们关注的是更靠近火星赤道的地方,那里通常太热而无法形成干冰霜。”

在他们的论文中,作者认为他们看到的是“脏霜”——干冰霜中夹杂着细小的沙尘埃颗粒,这些尘埃颗粒在可见光下遮蔽了冰霜,但在红外图像中则没有。

这些黑色条纹,也被称为“斜坡条纹”,是由火星上一个叫做Acheron Fossae区域的尘埃崩塌造成的。2006年12月3日,NASA火星勘测轨道飞行器上的HiRISE摄像机拍摄到了这张照片。
影像来源:NASA/JPL-Caltech/UArizona

融化的霜冻和崩塌

这一现象让科学家们怀疑,脏霜也可能解释了火星斜坡下可以延伸3,300英尺(1,000米)或更远的黑色条纹。他们知道这些条纹本质上是由尘埃崩塌所造成,这些尘埃崩塌缓慢地重塑了火星上的斜坡。科学家们认为,这些尘埃崩塌看起来可能有点像一条包围地面的尘埃河流,在后面释放出一道蓬松的物质。当尘埃向斜坡下移动几个小时后,尘埃河下面的深色物质就会暴露出来。

这些深色条纹与一种记载更详细的称为复发性斜坡线的亚目不同,后者在同一个地方反复出现,一季又一季,一次持续数周(而不是数小时)。复发性斜坡线曾经被认为是盐水缓慢地从山坡上渗出的结果,现在普遍认为是由干沙或灰尘的流动所造成。

作者为他们最近的研究绘制了斜坡条纹图,发现它们往往出现在有晨霜的地方。研究人员提出,这些条纹是由蒸发的霜冻产生,产生的压力刚好足以使尘埃颗粒松动,从而导致崩塌。

这些假设进一步证明了这颗红色星球的惊人之处。

“每次我们向火星发送任务时,我们都会发现奇异的新过程,”位于弗拉格斯塔夫的北亚利桑那大学的论文合著者克里斯·爱德华兹说。“我们地球上没有任何东西完全像斜坡条纹。要想了解火星,你必须超越你在地球上的经历。”

有关任务的更多信息

JPL为华盛顿的NASA科学任务董事会管理2001年火星奥德赛任务。热发射成像系统(THEMIS)由亚利桑那州立大学开发。THEMIS调查由亚利桑那州立大学的菲利普·克里斯滕森博士领导。丹佛的洛克希德·马丁航天公司是奥德赛项目的主要承包商,开发和建造了轨道飞行器。任务行动由洛克希德·马丁公司和加州理工大学帕萨迪纳分校的喷气推进实验室联合执行。

如欲了解更多信息,请访问:

https://mars.nasa.gov/odyssey

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/science-at-sunrise-solving-the-mystery-of-frost-hiding-on-mars

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