火星“蜘蛛”是怎么生成的？奇特地貌又有了新解釋

撰文丨肖龍

蜘蛛狀地貌是火星上特有的地形。關(guān)于該地形是如何形成的？為何“蜘蛛”只在火星某些地方生成？針對這些問題，科學家提出了多種假設。最近，科學家或許找到這個謎團的答案。

火星表面的蜘蛛狀地貌是由火星探測器觀察到的特殊地形。2000年代初，歐洲航天局的火星快車號（Mars Express）探測器首次拍攝到了這種地形的高清照片。

在拍回來的照片上，可以非常清楚看到這些形似蜘蛛的地形。這些蜘蛛狀結(jié)構(gòu)形態(tài)非常獨特。它們通常以一個中心為起始點，向外延伸出多條細長的輻射狀分支，酷似蜘蛛。每個分支結(jié)構(gòu)從頭到尾可以延伸幾百米到千米以上，還會“伸出”數(shù)百條纖細的“腿”。顏色方面，這些地貌通常與周圍的紅色或褐色火星地表形成對比，因為它們表面可能積有揮發(fā)后的明亮霜凍物質(zhì)，因此有時呈現(xiàn)較淺的色澤。

而且，這些“蜘蛛”地貌通常都是“成群結(jié)隊”地出現(xiàn)。

有趣的是，這類地貌在地球上卻沒有發(fā)現(xiàn)，是火星所特有的。那么，形成這種特殊地貌一定和火星所特有的環(huán)境有關(guān)。針對這一謎團，科學家提出了多種成因假設，包括：

一是干冰升華：認為，它們是由于干冰（就是固態(tài)的二氧化碳）在冬季覆蓋在火星表面，然后隨著氣溫回升，干冰在春天升華（從固態(tài)直接變成氣體），這過程中積聚的氣體壓力通過裂縫釋放出來，從而形成這種輻射狀的溝槽。

二是冰夾雜物融化：另一個假設認為，這些地貌可能是由于火星表面下方的冰夾雜物融化，并通過地表裂縫或通道流出，造成這些輻射狀的圖案。

三是水蝕作用：有些科學家提出，蜘蛛狀地貌可能與過去火星上存在的液態(tài)水流動有關(guān)，雖然這種理論仍有爭議。

其中干冰升華一種被普遍接受的理論，但是也一直沒有得到實驗的驗證。

最近，有科學家團隊通過模擬實驗驗證了蜘蛛地貌的干冰升華假設。

他們具體是怎么做的呢？

在《行星科學雜志》上發(fā)表的一篇新論文中，美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室科學家詳細介紹了他們的實驗研究。他們首次在地面實驗室模擬了火星溫度和氣壓，試圖在這種條件下重現(xiàn)蜘蛛結(jié)構(gòu)的形成過程。

我們知道，火星表面氣壓極低，溫度低至零下100多攝氏度。為了模擬火星條件，科學家使用了“冰環(huán)境真空下臟污模擬測試臺”（DUSTIE）”。這是一個釀酒桶大小的，由液氮冷卻打造的模擬火星環(huán)境測試室，后面我們簡稱它為“測試室。

他們首先將火星土壤模擬物放入一個浸沒于液氮的容器中冷卻，然后將其放入測試室，再將二氧化碳氣體流入測試室，二氧化碳在3—5個小時內(nèi)就會從氣態(tài)凝結(jié)成干冰。當生成具有合適特性的冰層后，他們就在模擬物下方的測試室內(nèi)放置加熱器來加熱并使模擬土壤開裂。經(jīng)過等待，這些黑色粉狀物質(zhì)最終噴發(fā)出二氧化碳氣體。

為什么要這樣設計實驗呢？這是同時考慮到了火星表面的環(huán)境溫度變化和大氣成分以二氧化碳為主的特點。溫度變化主要是季節(jié)變化所導致的，夏天時光照會加熱含冰層，導致干冰的升華。

那么，究竟該如何解釋火星“蜘蛛”的形成過程呢？

科學家發(fā)現(xiàn)，當陽光穿透火星表面每年冬季積聚的透明二氧化碳冰層時，光線會直接穿過透明的干冰層加熱下面的土壤。為什么會這樣呢？這是由于土壤的顏色比其上方的冰層更深，因此會吸收熱量，導致最靠近它的冰層直接變成二氧化碳氣體，而無需先變成液體，這一過程稱為升華（一種從固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的過程，與干冰產(chǎn)生“煙霧”云團相同）。在這個實驗中，是通過從下面加熱土壤來代替陽光照射加熱的。

隨著干冰的不斷升華，冰下的氣體壓力也會增加，最終導致上面的冰層開裂，使氣體逸出。在氣體向上滲透的過程中，它會帶起一股來自土壤的黑色塵埃和沙子，并落在冰層表面。

根據(jù)該理論，當冬季轉(zhuǎn)為春季，剩余的冰層發(fā)生升華時，這些小噴發(fā)留下的便是蜘蛛狀痕跡。如果此時刮風或有沙塵暴的話，暗色的沙塵會降落在下風一側(cè)，這在一些蜘蛛地貌上也很常見。

總體來看，這一實驗初步驗證干冰升華是可以形成蜘蛛地貌的。

不過，關(guān)于火星“蜘蛛”的形成仍有許多問題無法在實驗室中得到解答。

例如，為什么它們在火星的某些地方形成，而在其他地方?jīng)]有形成？如果它們是由季節(jié)變化造成的，那為什么它們的數(shù)量和大小似乎并沒有隨時間的推移而增長？或許，未來更多的研究，人們可以把火星“蜘蛛”作為理解這顆紅色星球一個獨特窗口。