风蚀作用。 这张由两张重叠的 MGS 图像合成的 3D 图中，山脊出现在埃律西姆平原南部东部的埃俄利斯地区，显示了风蚀的影响。要以立体方式观看图片，您需要红蓝 3D 眼镜。 |
感谢火星全球勘测者号 (MGS) 探测器，科学家们现在掌握了关于红色星球的大量新数据，包括其南部布满皱褶的表面和北部平坦平原的引人注目的图像。这些图片揭示了巨大的通道、蜘蛛网状的山谷网络、陡峭的冲沟，以及最近发现的似乎是沉积岩的古老地层。许多研究人员试图解释这些奇特的景象，就像迷失在沙漠中的旅行者一样，几乎只想到一件事：水。 事实上，越来越多的论文表明，曾经存在广阔的海洋和奔流的溪流，它们帮助冲刷、侵蚀和冲走了地表岩石，塑造了这颗行星现在的面貌。
将火星视为一个湿润温暖的世界自然很吸引人，这在很大程度上是因为它增加了生命可能曾经在那里繁荣的可能性。“我们都喜欢水，”华盛顿大学西雅图分校的气象学家和火星研究员康威·莱维说。“这是火星上最重要的问题。” 但是，除了水之外的其他力量——包括构造运动、火山活动、干燥的碎屑流、冰和风——肯定也对火星非凡的地貌特征的形成做出了贡献。 莱维认为，尤其对风的作用被严重低估了。
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外流通道。 火星上一些最大的外流通道宽度达数百公里。 如果是由水形成的，那么在某些情况下，这个过程将需要海湾流大小的水量。 |
在 10 月下旬举行的美国天文学会行星科学部年会上，莱维在发表 2000 年柯伊伯奖讲座时，概述了他在火星地质学中支持风力影响的论点。“观察高分辨率图像，很明显，在许多地区，风蚀和沉积相对近期地改变了地表，”他说。 如果过去这颗行星的地表压力仅略微增大，风将成为一种更强大的力量。“将地表压力从 7 毫巴增加到 50 毫巴，你会得到 100 倍的沙尘输送速率增加，”他说。
正如你用力按压表面时，用砂纸可以提起更多的灰尘一样，火星风携带粗糙的沙粒状颗粒，可以刮去行星上的凸起和山脊，并拓宽现有的通道和沟槽，例如外流通道和山谷网络。“风蚀并非造成这些特征的主要原因，”莱维解释说。“有很多因素，但风对许多这些特征的改造必须被认为比以前认为的更重要。”
山谷网络，例如纳米迪峡谷中的这个，通常被认为是径流或地下水渗流的结果。 如果是这样，火星当时一定温暖得多。 |
莱维指出，给予风力在火星上外流通道和山谷网络的形成中更大的作用，特别引人注目之处在于，这使研究人员无需解释这些过程原本需要的巨量流水。灾难性洪水通常被认为是造成外流通道的原因，例如，其中一些外流通道的宽度达数百公里，形成于火星的赫斯珀里亚纪到亚马逊纪早期。但是，如此大量的水如何在行星的早期阶段幸存下来仍然是一个谜。“在某些情况下，我们谈论的是海湾流大小的水量，”莱维说。“而且很难解释这些水从哪里来，到哪里去，或者你如何拥有更温暖的气候。”
火星北部平原，例如上面库多尼亚地区的区域，通常非常平坦。 一种理论认为，风蚀可能有助于将这些表面磨平。 |
莱维指出，山谷网络也像干涸的河床一样蜿蜒穿过火星地形，很难用水来解释。 根据这些网络的出现情况，大多数科学家都认为，在诺亚纪期间，反复的径流或地下水渗流形成了它们。 然而，为了使火星拥有定期的液态水流或不断补充的地下水，它当时必须是一个温暖得多的地方，莱维说，这不太可能。 从诺亚纪晚期到赫斯珀里亚纪早期，来自太阳的热量可能比今天少 25%。 研究人员尚未提出一种机制，通过该机制，火星可以维持足够强的温室效应来进行补偿。
冲沟。 径流被认为最近在火星上形成了冲沟。 许多冲沟位于背对午间阳光的山坡上，位于南北半球纬度 30 度到 70 度之间。 因此，冰可能在保护液态水免受蒸发方面发挥作用，直到积聚足够的压力，使其沿着斜坡倾泻而下。 |
“在南部纬度地区，有许多种[山谷网络]，”莱维指出。“它们看起来像碎屑流，并且有很多关于冰或冰运动的讨论。” 他认为，一旦被碎屑和冰刮擦到地表，这些凹槽，就像外流通道一样，可能会被风蚀和沙尘输送选择性地加宽和加深。 侵蚀的物质会沉淀在洼地中：“在陨石坑底部和山谷底部，你会发现沙丘，”他谈到当代图片时说。 而被更大的风吹起，这种松散的物质反过来会进一步冲刷地表凹陷的粗糙壁——形成一个正反馈循环。 莱维认为，这种加强作用甚至可以帮助解释为什么与南部相比，火星的北部平原如此平坦。
他强调，水肯定在塑造火星的外观方面发挥了作用。 这颗行星现在以冰和蒸汽的形式蕴藏着水——并且过去可能有一些液态水。“冲沟看起来最像水，”莱维说，“我认为它们是[由]水形成的。” MGS 探测器摄影的主要研究员迈克尔·马林和马林空间系统公司的肯尼斯·埃杰特在 6 月 30 日出版的《科学》杂志上的一篇论文中描述了这些冲沟。 大多数科学家认为，这些峡谷比外流通道或山谷网络形成的时间更晚，是由从行星表面下埋藏的冰中喷发出来的短暂洪水造成的。
沉积岩。 古代火星上的水体被认为最有可能形成了这些均匀的沉积岩层。 |
上周，还描述了火星上液态水的其他迹象——至少在非常古老的时期是这样。 在 12 月 8 日出版的《科学》杂志上的一篇论文中，马林和埃杰特展示了看起来像沉积岩的图像。“我们看到陨石坑和其他洼地内有明显的、厚厚的岩层，许多证据表明，它们可能是在湖泊或浅海中形成的，”马林在新闻发布会上说。“我们以前从未有过这种确凿的证据表明沉积岩在火星上广泛存在。”
这些岩层特别引人注目之处在于其厚度均匀。“这些岩层是很棒的东西，”莱维说，“也许它们是由水产生的。” 迄今为止，他还没有考虑过风对早于外流通道和山谷网络的地貌特征的影响：“我的思考只追溯到那么远，”他说。 尽管如此，他认为他的理论的一个方面可能适用，因为风可能在古代火星时期也更为重要。 目前，对火星上的风和水进行最终评估可能必须等待更多的图片或未来的任务，科学家们希望在未来的任务中从这颗红色星球上采集岩石样本。