研究:冰雲或曾讓早期火星保持足夠的溫度從而形成河流和湖泊

據媒體報導,芝加哥大學地球科學家領導的一項模擬研究發現了火星氣候謎題中缺失的一塊。據悉,NASA剛剛登陸火星的「毅力號」探測器所觀察到的景象可以很好地總結出現代太空科學的一大謎團:火星是一個沙漠星球,而它卻正坐在一個古老的河流三角洲旁邊。

研究:冰雲或曾讓早期火星保持足夠的溫度從而形成河流和湖泊

這個明顯的矛盾已經困擾了科學家幾十年,尤其是因為在火星上有流動的河流的同時它得到的陽光還不到我們人類今天在地球上享受的1/3。

但一項由芝加哥大學行星科學家Kite領導的新通過使用一個計算機模型來提出了一個相當有前景的解釋:火星可能會有一層會誘發溫室效應的薄冰、高空雲層。

「我們的證據跟我們從物理和化學的角度解釋它的能力之間存在令人尷尬的脫節,」Kite指出,「這個假設對縮小這一差距有很大幫助。」

在科學家們之前提出的多種解釋中,沒有一個是完全有效的。比如一些人認為,一顆巨大的小行星的碰撞可能釋放出足夠的動能從而讓火星變暖。但其他計算顯示,這種影響只會持續一兩年,而古河流和湖泊的軌跡顯示,變暖可能會持續至少幾百年。

Kite和他的同事們想重新審視另一種解釋:高空雲,就像地球上的卷雲一樣。大氣中即使是少量的雲也能顯著提高一個星球的溫度,這是一種類似於大氣中的二氧化碳的溫室效應。

這個想法最早是在2013年提出的,但已經被擱置。Kite指出,因為「有人認為,只有當雲層具有令人難以置信的特性時它才會起作用。」如模型表明水必須在大氣中停留很長一段時間,所以這個解釋的整體前景似乎不太明朗。

Kite及其團隊通過利用整個地球大氣層的3D模型開始了他們的研究工作。他們發現,缺失的部分是地面上的冰量。如果火星的大部分地區都覆蓋著冰,那就會產生有利於低空雲層的表面濕度,而人們認為低空雲層不會給行星帶來太大的溫暖–甚至會讓它們降溫,因為雲層會把太陽光反射到火星上。

但如果只有小塊的冰如在兩極和山頂,那麼火星表面上的空氣就會變得更加乾燥。這些條件有利於高層雲層的形成–而這會讓這顆行星更容易變暖。

該模型的結果表明,科學家可能不得不放棄一些基於我們自己特殊星球的關鍵假設。

「在這個模型中,這些雲的運動方式跟地球非常不一樣。基於地球的直覺建立模型是行不通的,因為這跟地球的水循環完全不同,地球的水循環是水在大氣和地表之間快速流動,」Kite表示。

在地球上,水幾乎覆蓋了地球表面的3/4,水在海洋和大氣以及陸地之間快速而不均勻地移動並以漩渦和漩渦的形式移動,這意味著一些地方大部分是乾燥的如撒哈拉沙漠,而另一些地方則是潮濕的如亞馬遜河。相比之下,即使在適宜居住的高峰期,火星表面的水也要比地球少得多。在Kite的模型中,當水蒸氣在大氣中盤旋時它就會停留。

Kite指出:「我們的模型表明,一旦水進入火星早期的大氣,它將在那里停留相當長的時間–接近一年–這就為長期存在的高海拔雲層創造了條件。」

NASA新著陸的「毅力號」也應該能以多種方式驗證這一想法,如通過分析鵝卵石來重建火星上過去的大氣壓力。

研究人員們表示,了解火星是如何獲得和失去它的溫度和大氣的完整故事可以幫助人類尋找其他適合居住的世界。

Kite說道:「火星之所以重要,是因為它是我們所知的唯一一顆有能力維持生命但後來卻失去了生命的行星。地球氣候的長期穩定性是顯著的。我們想要了解一個星球的長期氣候穩定性會以何種方式被破壞以及它能以何種方式得以維持。這項探索定義了比較行星宜居性的新領域。」

來源:cnBeta