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星耀夜阑
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尛尛尛舒

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一个团队发现,火星上可能存在有机盐。就像古代陶器的碎片一样,这些盐是有机化合物的化学残留物,就像美国宇航局的好奇号探测器之前探测到的那样。火星上的有机化合物和盐可能是地质作用形成的,也可能是古代微生物生命的残余。 除了为火星上曾经存在有机物的观点提供更多证据之外,直接探测有机盐也可以支持现代火星的可居住性,因为在地球上,一些有机体可以利用有机盐,如草酸盐和醋酸盐来获取能量。 “如果我们确定火星上有有机盐集中的地方,我们要进一步调查这些地区,和理想钻更深的表面下,有机物可以更好地保存下来,”詹姆斯·m·t·刘易斯说,有机地球化学的研究,3月30日发表在地球物理学研究杂志:行星。刘易斯在马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心工作。 刘易斯的实验室实验和“火星样本分析”(SAM)的数据分析间接表明了有机盐的存在。“火星样本分析”是“好奇号”腹部的一个便携式化学实验室。但是在火星上直接识别它们很难用像SAM这样的仪器来完成,SAM会加热火星土壤和岩石,释放出气体来显示这些样本的成分。挑战在于,加热有机盐只会产生简单的气体,这些气体可以被火星土壤中的其他成分释放出来。 然而,刘易斯和他的团队提出,另一种“好奇号”仪器使用不同的技术来观察火星土壤,即化学和矿物学仪器,简称CheMin,可以检测到某些有机盐,如果它们存在足够的量。到目前为止,CheMin还没有检测到有机盐。 找到有机分子,或者它们的有机盐残留物,对于美国宇航局寻找其他星球上的生命至关重要。但在火星表面,这是一项具有挑战性的任务,数十亿年的辐射已经抹去或分解了有机物质。就像考古学家挖掘陶器一样,“好奇号”收集火星上的土壤和岩石,其中可能含有有机化合物的小块,然后SAM和其他仪器确定它们的化学结构。 利用好奇号传回地球的数据,刘易斯和他的团队等科学家试图将这些破碎的有机碎片拼凑起来。他们的目标是推断出它们曾经属于哪种类型的大分子,以及这些分子可以揭示火星上的古代环境和潜在生物。 “我们正试图解开数十亿年的有机化学过程,”刘易斯说,“在有机记录中可能有终极大奖:火星上曾经存在生命的证据。” 虽然一些专家几十年来一直预测火星上保存着古老的有机化合物,但“好奇号”的SAM实验证实了这一点。例如,2018年,美国国家航空航天局戈达德太空生物学家詹妮弗·l·埃杰布洛德(Jennifer L. Eigenbrode)领导了一支由“好奇号”任务科学家组成的国际团队,报告称,他们发现了无数含有我们所知的生命必需元素碳的分子。科学家们认为大多数含碳分子都是“有机分子”。 埃杰布洛德说:“我们在地表发现的30亿年岩石中保存着有机物,这是一个非常有希望的迹象,表明我们可能能够从地表下保存得更好的样本中获取更多信息。”她和刘易斯一起做了这项新研究。 几十年前,科学家预测火星上的有机化合物可能会分解成盐。他们认为,这些盐比那些与生物功能相关的大而复杂的分子更有可能存留在火星表面。 如果火星样品中存在有机盐,刘易斯和他的团队想要弄清楚在SAM的烤箱中被加热是如何影响他们释放的气体类型的。SAM的工作原理是将样品加热到1800华氏度(1000摄氏度)以上。热量使分子分解,释放出一些气体。不同的分子在特定的温度下释放不同的气体;因此,通过观察哪个温度释放出哪个气体,科学家可以推断出样品是由什么组成的。 “当加热火星样本,有许多矿物质和有机物之间的交互,可以使它更加难以得出结论从我们的实验中,我们的工作做的是试图拆散这些交互以便科学家在火星上做分析可以使用这一信息,”刘易斯说。 刘易斯分析了一系列有机盐与惰性硅粉混合,以复制火星岩石。他还研究了在二氧化硅混合物中加入高氯酸盐的影响。高氯酸盐是一种含有氯和氧的盐,在火星上很常见。科学家们一直担心他们会干扰寻找有机物迹象的实验。 事实上,研究人员发现高氯酸盐确实干扰了他们的实验,并且他们指出了干扰的原因。但他们也发现,与没有高氯酸盐的情况相比,他们从含有高氯酸盐的样本中收集的结果更符合SAM的数据,这支持了火星上存在有机盐的可能性。 此外,刘易斯和他的团队报告说,“好奇号”的仪器CheMin可以检测到有机盐。为了确定一个样品的成分,CheMin向它发射x射线,并测量x射线对探测器的衍射角度。 随着好奇号进入盖尔环形山夏普山的新区域,“好奇号”的SAM和CheMin团队将继续寻找有机盐的信号。 很快,科学家们也将有机会研究火星表面下保存得更好的土壤。欧洲航天局(European Space Agency)即将推出的ExoMars漫球车(ExoMars rover)将携带戈达德(Goddard)仪器,分析火星更深层次的化学成分。该漫球车的装备可以下钻英尺(约合2米)。美国宇航局的“毅力”号火星车没有可以探测有机盐的仪器,但它正在收集样本,以便将来返回地球时使用精密的实验室机器寻找有机化合物。

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酸奶娃儿

据外媒报道, 有近1500万年 历史 的Nördlinger Ries是一个充满湖泊沉积物的小行星撞击坑。其结构与目前在火星上 探索 的陨石坑相当。 除了盆地边缘的各种其他沉积物外,该撞击坑的填充物主要由分层粘土沉积物形成。

出乎意料的是,哥廷根大学领导的一个研究小组现在在小行星陨石坑中发现了一个火山灰层。此外,该研究小组还能够证明陨石坑下的地面在长期下沉,这为 探索 火星上的陨石坑提供了重要的启示,例如美国宇航局(NASA)好奇号和毅力号探测器目前正在 探索 的盖尔陨石坑和杰泽罗陨石坑盆湖。

这项研究的结果已经发表在《地球物理研究行星杂志》上。

直到现在,人们都认为这些湖泊沉积物已经沉淀在稳定的陨石坑地面上。火星上的陨石坑沉积物也被认为是如此,尽管其中一些陨石坑沉积物显示出明显的倾斜的沉积层。这些陨石坑填充物的地层在表面上显示为环形结构。然而,精确地了解这些沉积物的基本条件和时间上的相互关系,对于重建陨石坑的化学发展和过去可能在那里发展的生命体的可居住性非常重要。

现在,研究人员首次能够在里氏330米厚的陨石坑填充物的湖泊沉积物中发现火山灰层。“这很令人惊讶,因为自从圆形盆地被确定为小行星陨石坑后,这里就没有预期的火山岩,”来自哥廷根大学地球科学中心的第一作者Gernot Arp教授说。

“这些火山灰是从匈牙利东部760公里处的一座火山吹来的。”他的同事和共同作者István Dunkl补充说:“火山灰的年龄可以追溯到1420万年前。”

在此期间,火山灰已经转化为富含氮的硅酸盐矿物,揭示了一个令人惊讶的强烈的碗状几何形状:在盆地的边缘,火山灰被发现在当前的地表,而在盆地的中心,它在大约220米的深度停留。随后对钻探和地质测绘的系统评估,现在也揭示了里斯陨石坑填充物的同心圆排列--"露头地层",最古老的沉积物在边缘,最近的在中心。

计算表明,这种垫层的几何形状不能仅仅用底层湖泊沉积物沉降的事实来解释。事实上,必须考虑到约135米的额外沉降。这只能用火山口基岩的沉降现象来解释,而陨石坑基岩的断裂深达数公里。

虽然需要进一步的研究来解释陨石坑底部下沉的确切机制,但一个简单的模型计算已经可以表明,由于断裂的地下岩石的沉降现象,这种程度的下沉基本上是可能的。这意味着现在可以更好地解释火星上陨石坑填充物中的倾斜地层,至少对于那些显示出陨石坑形成、水淹没和沉降的密切及时联系的陨石坑而言。

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地球是个圆曲奇

虽然人类目前还没实现载人登陆火星,但在过去几十年时间内,人类已经有很多探测器 探索 火星,从这些探测器传回的画面,我们还是可以看得到火星表面的景象。水手4号探测器是第一个成功飞越火星的探测器,它传回了首批火星表面的画面,这些画面让很多科学家感到很失望,火星并不是我们想象中的那么美好,火星表面极为荒凉、干旱,到处充满了砂砾、碎石,就像地球的一些沙漠地区、戈壁滩地区。 虽然火星看起来极为荒凉,在几十亿年前的火星却是一个潮湿的“水世界”,表面有液态水、液态湖泊,之前的探测器传回的数据已经证明了这一点。既然在远古时代的火星曾经很潮湿,那火星的水去哪里了? 据发布在《地球物理学研究杂志:行星》的科学报告指出,科学家在研究“火星快车”探测器传回的数据发现,当火星的气候出现季节性的变化时,火星的风暴天气会将尘埃、污垢以及水蒸气带到火星大气中,这些水蒸气会在大气中消失。这一个发现表明,火星虽然依旧存在水,但这些水仍会通过水蒸气的形式从火星表面剥离。这可能是在过去几十亿年时间内火星流失大量水分的原因之一。 在另一项研究中,科学家也向我们展示了火星水分消失的其它机制。除了有一部分水分会逃逸到外太空中,还有大量的水分被“锁”在火星的内部。发布在《科学》杂志的科学报告指出,远古时代的火星曾经也有液态水,但在大约37亿至41亿年前,火星大部分的水都流失了。而这些水的流失,并不是全部逃逸到外太空中,而大约相当于半个大西洋的水有可能已经被埋藏在火星的地下。这些埋藏在火星地下的水与各种矿物质相互作用、融合到一起。由于这些水合矿物质在吸收水分后能够将其锁住,只有在加热到100 以上的情况下,这些水分才会释放出来。而火星本身的气温比较低,所以在自然状态下这些水分的流失速度很慢。 除了在火星地下可能还埋藏大量水资源外,科学家还发现在火星的南北极及其他一些地方都有大量以冰块形式冻结的水。 火星作为太阳系内除地球外另一颗处于宜居地带的类地行星,与地球存在很多相似之处,所以很多人也认为未来人类不仅能够实现载人登陆火星,甚至可能会实现火星移民,人类踏上火星表面,只是时间的问题而已。而当我们人类要移民火星之前,需要做好很多准备工作,其中一个就是要在火星打造栖息地。 目前我们已经可以看到不少关于火星城市的构想,除了SpaceX公司的火星城市计划外,ABIBOO建筑工作室也揭晓了他们首个“火星可持续城市”计划。这一个计划中,首都是一座垂直城市,它将拥有住宅、办公室和绿地,这些建筑物都建在火星的悬崖边上,以起到保护居民免受大气压和辐射影响的作用。在这一个火星城市内,生活所需的氧气主要由植物的光合作用,90%的食物来自植物,能量则来自太阳能电池板。按照设想,这一个火星城市项目将会在2054年开工,在2100年建成。 虽然和我们之前看到的火星城市有点区别,当这些火星城市的最终目标都是要在火星表面实现自给自足,即在火星表面生产所需的各种物资,而不是从地球运输这些物质到火星。毕竟地球与火星的距离比较遥远,从地球补给火星城市,不具有经济性、可行性。

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