火星上曾有过河流吗?

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2020年09月23日 07:59:44
来源:科学大院

1877年,意大利天文学家“斯基亚帕雷利”(Schiaparelli)在通过望远镜观测火星时发现,火星表面存在着一系列纵横交错的直线状网络。他根据观测结果绘制了一幅详细的火星表面沟渠分布图,当时这些沟渠被称为“火星运河”。

“斯基亚帕雷利”绘制的火星表面特征图(图片来源:维基百科)

“斯基亚帕雷利”绘制的火星表面特征图(图片来源:维基百科)

近年来,人类的深空探测技术飞速发展,大量火星探测数据以及具有极高分辨率的火星表面图像被记录下来,人们眼中火星的真实面貌也逐渐清晰了起来。这时,人们惊奇地发现,火星表面不但确实存在着许多峡谷和沟渠,其中不少还保留着大量流水冲刷的痕迹。

“水手谷”(Valles Marineris)太阳系最大、最长的峡谷,位于赤道附近,长3760公里(图片来源:NASA)

“水手谷”(Valles Marineris)太阳系最大、最长的峡谷,位于赤道附近,长3760公里(图片来源:NASA)

火星上有几种“运河”?

在太阳系内,只有火星与地球一样,表面发育了大量的河道,保留了大量流水冲刷的痕迹。根据其形成年龄和表面特点,可划分为三种水流地貌类型,即网状河谷、外流河道和冲沟[1]。

网状河谷是最古老的一类水流地貌,其宽度不超过几公里,但是长度却可达上百甚至上千公里,深度一般为50-200米,形态类似于地球上干旱区的树枝状河流系统。网状河谷的典型特征是具有陡峭的岩壁,并且大部分区域都具有短而粗的分支。网状河谷主要在火星南部古老的诺亚纪地体上,而较年轻的北部平原则难觅其踪迹,由此可以推断这些网状河谷非常古老,至少有38亿年的形成历史[1]。

火星表面较大的网状河谷分布图(图片来源:《火星科学概论》)

火星表面较大的网状河谷分布图(图片来源:《火星科学概论》)

位于霍顿撞击坑(Holden Crater)附近的网状河谷(图片来源:维基百科)

位于霍顿撞击坑(Holden Crater)附近的网状河谷(图片来源:维基百科)

外流河道是灾难性洪水形成的河道,宽度变化很大,从小于1公里到几百公里都有,河道中常见泪滴状孤岛。外流河道形成于火星历史的较晚期,但也有上亿年甚至数十亿年的历史。最大的外流河道为长达1580公里的“卡塞谷”(Kasei Vallis),其出口处超过400公里宽,深度超过2.5公里。“火星探路者”着陆于“克里斯”平原南部的一个冲刷地带,那里被认为是典型的外流河道的形貌。

火星上最大的外流河道“卡塞谷”(图片来源:维基百科)

火星上最大的外流河道“卡塞谷”(图片来源:维基百科)

冲沟,这是火星上最有争议的水流地貌,具有小型、线性的年轻侵蚀特征,并切入到陡坡之中。冲沟的宽度为几米到几十米,长度上百米,要比网状河谷小得多。它们大多分布在南半球中纬度地区的陡立斜坡上,表面无撞击坑分布或撞击坑较少,因此推测其形成时期相对较晚。

部分冲沟分布在撞击坑和地堑的侧壁上,被认为与在火星早期气候环境下存在了成千上万年的积雪融冰有关,并且它们的形态在逐年发生变化,预示着某些强烈地质作用过程的发生。

凯撒撞击坑壁上的冲沟图(图片来源:NASA)

凯撒撞击坑壁上的冲沟图(图片来源:NASA)

火星上的“河道”意味着什么?

科学家对这些特征是如何形成的产生了浓厚兴趣,并开展了大量的研究,主要从这些形貌特征去反演或研究火星水体活动的演变。

科学家们普遍认为在火星形成之后不久,其表面是温暖、湿润和有大量流水的。水流在流动的过程中携带大量泥沙,并推动河底砾石,具有侵蚀作用和搬运能力,对火星形貌的形成具有一定改造能力。

一系列的科学问题依然困扰着我们:

火星早期存在多少水?

火星表面水不断减少,这些水哪去了?

火星表面水的酸碱度和化学组成如何演化?

火星表面水如何与大气相互作用,并通过电离层逃离火星?

火星地下冻土和冰川的水量如何估计?

火星地下水系统如何形成及特征是什么?

…….

相信随着对火星的不断探索,终有一天我们会得到答案。

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