火星和土卫六在地质上是死寂的吗?

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


帕萨迪纳——人们常说,无效的结果永远不会发表,无论是在科学界还是新闻界。好吧,我今天要打破这个规则。本周行星科学部门会议上最有趣的一些结果是关于非发现。

近年来,行星科学家们对火星和土星的卫星土卫六可能仍然在地质上活跃的前景感到兴奋。火山喷发可以解释看起来很新鲜的地形在两个世界的大气层中探测到甲烷,以及土卫六大气层的巨大体积。此外,持续的地质活动将开辟生物栖息地,这将是无可否认的酷。


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但我认识的几乎每位科学家在性格上都是逆向思维者,并且最喜欢质疑传统智慧,地质活动的情况也不例外。科学家们刚提出火星和土卫六是活的,其他人就认为该是时候进行反驳了。结果是一场引人入胜的辩论。在这里,我将总结会议上捕捉到逆向论点的一些讨论。

周三上午,马林空间科学系统公司的肯·埃杰特描述了他和他的同事们如何搜寻火星的高分辨率图像,翻遍每一块岩石,重新审视每一项关于近期火山活动的声明,但仍然一无所获。看起来光滑从而显得年轻的地形,被证明是坑坑洼洼的;看起来像间歇泉的东西被证明是尘卷风;热扫描未能显示任何一个热点。该团队得出结论,火星至少在 1000 万年内没有发生过火山活动或地热活动。资深行星科学记者凯利·比蒂在天空与望远镜网站上有更多讨论

那么在火星大气层中探测到的甲烷踪迹呢?在一篇海报论文中,美国宇航局艾姆斯研究中心的凯文·扎恩勒和他的同事也对这一发现表示怀疑。为了寻找甲烷,科学家们使用了光谱观测,包括来自火星轨道和地球上的望远镜。气体推测的浓度只有十亿分之几,以至于光谱迹象非常微妙。更糟糕的是,地面观测必须减去地球大气层的影响,这是一个众所周知的容易出错的过程。“它们从根本上来说是难以进行的测量,”扎恩勒说。

扎恩勒不是光谱学家——远非如此。他从模拟火星大气层的角度来看待整个问题。“甲烷的引入会搞砸它,”他说。这种气体,特别是如果其浓度随时间和位置变化(正如一些观测所暗示的那样),将需要一个活跃的化学活动循环——这与其他大气测量结果相矛盾。

这种担忧促使他对甲烷探测进行了一些简单的现实检验。在许多观测中,甲烷信号都深深地埋在噪声中。即使是最可靠的观测也存在问题。火星和地球的相对运动使火星光谱发生偏移,以至于甲烷信号与地球自身大气层中甲烷同位素变体的信号重叠。简而言之,扎恩勒担心观测者可能测量到的甲烷不是来自火星大气层,而是来自地球大气层。“作为一个局外人,我一点也不相信,”他说。

土卫六有一个更加曲折的故事。这颗卫星笼罩在雾霾中,因此您可能看到的表面图像实际上是卡西尼号探测器拍摄的雷达图像。乍一看,火山活动(或者更确切地说,是冰火山活动,其中冰扮演着岩浆的角色)的证据比比皆是。圆形特征看起来像穹顶,坑洼像火山臼,光滑区域像熔岩流。但艾姆斯研究中心的杰夫·摩尔和喷气推进实验室的鲍勃·帕帕拉尔多在 2008 年开始重新审视这些解释。雷达图像众所周知难以解释,而土卫六的雷达图像分辨率相当低。“我们当时在扔手榴弹,”帕帕拉尔多回忆道。“我们当时在搅乱局势。”

两人都在本周发表了更多质疑的演讲。帕帕拉尔多指出了立体雷达图像,这些图像显示,许多所谓的穹顶实际上是平坦的平原,而所谓的熔岩流是向上流动的。摩尔仔细研究了冰火山熔岩流的两个主要候选区域,霍泰区和图伊区,并认为它们看起来更像干涸的湖床:它们位于广阔的洼地中央,周围环绕着看起来像河床的东西。

与此同时,新的想法是土卫六的内部太冷,无法为冰火山提供动力。今年早些时候,卡西尼团队使用航天器跟踪数据测量了土卫六的引力场,从而测量了它的惯性矩——衡量其内部结构的指标。一个均匀的球体的惯性矩值为 0.4。地球的惯性矩值为 0.33,表明其内部被分层为地核和地幔。然而,土卫六的惯性矩值为 0.34,表明其内部并非完全分层。显然,这颗卫星从未变得足够温暖和黏稠,以至于重物质下沉,轻物质上升。

这与土卫六和其他外行星卫星如何形成的最新理论相符。博尔德西南研究所的艾米·巴尔提出,这些天体的凝结速度非常缓慢,历时数百万年,以至于在此过程中释放的热量能够消散到太空中——使它们的内部保持寒冷。随后的小行星和彗星的撞击从上到下加热了它们。土卫六受到的影响相对较小。但木星最大的卫星木卫三可能就像在其侧面画了一个大的靶心一样,因为它离这颗巨大的行星太近了,木星强大的引力吸引着各种太空岩石。因此,木卫三可能确实变得非常温暖。事实上,它的惯性矩值为 0.31,表明其内部的分层程度甚至比地球更甚,更不用说土卫六了。“我们正在改写这些卫星形成的最初十亿年,”巴尔说。

可以肯定的是,并非所有人都同意。喷气推进实验室的布鲁斯·比尔斯警告说,土卫六的内部结构仍然不确定;卫星的自转轴与模型的预测并不完全一致。其他人指出,同位素测量表明,来自内部的气体已被排放到大气中。“已经进行了相当多的来回辩论,”喷气推进实验室的卡尔·米切尔告诉他的同事们。他告诫不要过分沉迷于土卫六是活跃的还是死寂的观点。事实上,在会议上,土卫六是死寂的观点,曾经是逆向的,现在已经成为主流——这肯定会激起科学家们的反逆向本能。

图片:1977 年 8 月,海盗号任务在火星上看到的假定间歇泉(左图),但火星勘测轨道飞行器今年 3 月发现的类似特征(右图)只是尘卷风。图片由马林空间科学系统公司提供

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