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  • 机遇号漫游车发现火星“蓝莓”的不朽秘密

    机遇号的发现——火星“蓝莓”,究竟出自何处?

    NASA正式宣布结束历史性的机遇号漫游车任务,终止了它在火星上历经14年的壮观冒险。然而,这辆漫游车最吸引人的发现之一发生在它登陆火星后两个月,当时它偶然发现了与蓝莓惊人相似的微小物体,至今在科学家队伍中仍然对这种物体的性质存在分歧。

    机遇号漫游车发现火星“蓝莓”的不朽秘密

    机遇号火星漫游车在火星表面观察到的的神秘“蓝莓”。图源:NASA/JPL-Caltech/Cornell/USGS

    2004年2月11日,机遇号在子午线高原(火星南纬2度的一个高原)探寻一个岩石露头时,冒险进入了一个被坚硬的圆形灰色卵石覆盖的区域。由于这些“卵石”呈现怪异的球形,火星探索漫游者(MER)团队将其称为“蓝莓”。

    机遇号漫游车发现火星“蓝莓”的不朽秘密

    火星上一块被称作“浆果碗”的岩石的真彩色图片。图源:NASA/JPL/Cornell

    “(我们)看到了一些非常奇怪的事情,” Steve Squyres(MER团队成员,康奈尔大学的科学家)在当时的任务日志中指出,“(我们)看到了这些奇怪的被我们称之为‘小球体(spherules)’的圆形物体被埋在露头中,就像(英式)松饼中的的蓝莓。露头已被腐蚀,就像是被打磨过一样,然后小球体(似乎比露头的其余部分更能抵抗腐蚀)掉下来并滚下山坡。

    MER团队使用机遇号的显微成像相机观察了几批微小的蓝莓,它们的直径介于100微米至6.2毫米之间。Squyres在这次发现后不久发布的NASA新闻稿中说,这些特点“不同于火星上之前见过的任何东西”。

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    对这种异常地质的解释包括由于水环境,陨石撞击和火山喷发引起的堆积(accretion)。这次发现的两周后,MER团队决定采用这个理论,声称球形卵石是一种被称为“凝结物”的地质现象。

    田纳西大学的行星学家,当时的MER团队成员Harry McSween向天文在线(发布了本网志的网站名称)表示: “当我们着陆时,这些覆盖于火星表面的蓝莓让我们十分惊讶。我们从轨道(观测)得知该地区含有大量赤铁矿(氧化铁),这就是我们选择那儿为降落地点的原因之一”。

    他说,这些蓝莓是从轨道上看到的赤铁矿,是从岩石中渗出的水溶液中缓慢生长出来的小球。

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    McSween说:“我们能够识别其中的赤铁矿,并在岩石中看到它们。当岩石风化时,这些凝结物更具抵抗性,因此其他所有物质可能会被风吹走,然而这些凝结物会被遗留下来并且在表面堆积形成高浓度。地质学家称之为“滞留沉积”。

    他说,已知的类似的赤铁矿凝结物会在地球上出现,但通常更大。至于蓝莓的明显蓝色,McSween说它们实际上是灰色的。他解释说,MER团队“选择了某些波长的光用于成像,这会使它们看起来像是蓝色。”

    这个由堆积形成小球的结论意味着水曾经存在于火星表面。在今天这是一个可以接受的事实,很大程度上要归功于好奇号漫游车的发现,但是这些结论在蓝莓被发现时还不曾被了解。

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    然而火星蓝莓的故事并没有就此结束。

    2005年,美国亚利桑那州大学地球与太空探索学院的的Donald Burt在合著的《月球与行星科学报》中声称,MER的分析是没有意义的。必须由其他原因来解释这些奇怪的外部特征。

    Burt在写给天文在线的话中阐述道:“[MER]假设中存在着许多问题,其中最重要的问题包括蓝莓近乎完美的球形(不同于高度不规则的正常堆积),其均匀的大小范围(从来不超过约7毫米,而正常的堆积可以达到巨大的尺寸), 它们在巨大的体积以及岩石区内的均匀分布(许多凝结物通常集中在化学反应前沿),除了几个松散的双峰和单个三重逢之外,它们并没有结块在一起,而且它们呈现的矿物性质也存在异常。”

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    Burt所指的“异常矿物性质”是指其灰蓝色的外观,表明这些物体是在高温下形成的。在地球上,这些如镜面一般的或者闪闪发亮的赤铁矿,通常于温泉或火山蒸汽中形成。他说,正常的沉积物是在低温环境下形成的,但它们是由无光泽的铁组成的。

    为了解释火星蓝莓,Burt以及他的合著者Paul Knauth和Ken Wohletz重新探讨了更早的想法:来自于陨石的影响。在这个小组于2005年在Nature上发表的另一篇论文中,他们认为卵石是一种不寻常的撞击球,由铁片与粘性的,酸性的,和咸性的蒸汽以及尘埃云(产生与陨石与富含铁的火星撞击)之间复杂的翻腾相互作用形成。

    Burt说:“这些云类似于大型火山爆发或核弹在地面爆炸形成的巨大的火山碎屑云。这些小球被称为‘堆积火山石(accretionary lapilli)’。众所周知,这种球是在地球上发生爆炸事件时通过堆积形成的。比如,它们是在陨石撞击事件中形成的,据信该事件大约在6500万年前杀死了恐龙。这个过程有点儿像在高高的积雨云上结冰形成冰雹。”

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    大量的蓝莓。

    Burt说MER团队在他和他的同事向他们提议后考虑了这个假设,但最终拒绝了“赤铁矿冰雹”的想法。尽管如此,Burt说他的团队提出的撞击球假说“解释了它们的球形,它们严格的尺寸限制(由于它们悬浮在湍动气体中),它们非常广泛且匀均的分布,以及不寻常的蓝色,闪亮的外观和矿物性质”。

    他补充说:“一直以来,我们与MER团队的基本分歧在于,我们认为火星早期的沉积环境不必与当今地球上的沉积环境相同,尽管这两个行星之间存在明显的相似之处。早期的火星仍然是一个相对较小的星球,不断受到撞击轰炸,并且距太阳的距离仍然是与地球的两倍。”

    有趣的是,由夏威夷大学的地球物理学家Anupam Misra于2014年进行的一项被发表在《行星与空间科学》上的研究得出了相同的结论——火星蓝莓不是来自于堆积而是由陨石形成的。Misra的主要论点是,凝结理论无法解释火星蓝莓狭窄的尺寸,然而陨石撞击论可以解释。

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    然而,在Misra论文发表后不久,犹他大学的地质学家Brenda Bowen和石溪大学的Timothy Glotch告诉国家地理杂志,凝结理论还未消亡。Bowen说,火星环境仍然可以产生堆积所需的条件,而Glotch说机遇号上的工具指出的是低温地质过程,而不是“高温事件”。

    日本名古屋大学和高知大学的一个研究团队不甘示弱,于2018年12月提出另一种解释。他们认为球体形成于方解石的核的周围,而富含铁的成分仅存在于外部。来自Space.com的Apost解释说:“基于现场观察和化学模型,科学家们认为富含铁且具有轻度酸性的水冲刷了原始的方解石结构。与地球上不同,火星蓝莓成份似乎完全是赤铁矿,不再具有任何方解石的核心成分。研究人员称,但也可能是因为长期的过度清洗导致方解石被吞噬。”

    显然,关于火星蓝莓的争论仍然十分激烈,但是正如Burt向天文在线解释的那样,没有好奇心和研究人员们一直致力于与公众分享信息,这些正在进行的科学论证就不会发生。

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    “机遇号是一项了不起的任务,它的执行之间很长并且揭示了很多东西,从而展示了NASA出色的工程能力。两次MER任务中最好的部分是Steve Squyres, Jim Bell(负责机遇号全景相机的首席科学家) 和NASA的早期决定:在获得影像和科学成果后立即与公众分享。除了增加公众的热情外,这项重大决定还允许了诸如我们提出的这样不同的科学解释能够被逐年假设和进行实时测试,而无需我们成为官方团队的成员。”

    火星蓝莓的本质仍然是一个谜。从原本90天的探索期延伸到历时14年,机遇号漫游车揭开了一直困扰科学家的火星谜团,这无疑揭示了机遇任务的巨大成功。未来几年,机遇号与勇气号的贡献将继续在科学界引起反响。

    参考资料

    1.WJ百科全书

    2.天文学名词

    3. gizmodo -George Dvorsky-晦元诚之

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