正在火星表面工作的熱力與先進氣體分析儀(TEGA)。機械臂上的鏟子已經把火星土樣放進一扇打開的門裡,它附近的其他關著的小門,正在等待機械臂給它們傳送樣本。在前景位置可以看到盛放分光儀的箱子的一角,這個分光儀是用來分析火星的大氣的。
北京時間9月15日消息,據物理學家組織網報道,美國宇航局的「鳳凰」號火星登陸器獲得的測量結果顯示,在火星史上,液態水曾與火星表面發生互動。該
研究成果發表在9月10日的《科學》雜誌上,它還說明火星寒冷的環境下曾存在液態水,這暗示類似於地球上的黃石公園裡的溫泉的熱液系統,在火星史上非常罕
見。
「鳳凰」號獲得驚人發現
這些令人難以置信的研究結果,是2008年「鳳凰」號對火星大氣的二氧化碳里的碳和氧穩定同位素進行研究得到的。同位素是相同元素的異體,擁有不同的
中子數,例如碳-12有6個中子,而罕見的碳-13則有7個中子。確定火星二氧化碳里的同位素比率的空前精確度,更加凸顯了火星表面的水歷史和火山活動
史。
這項測量工作是由「鳳凰」號上的先進氣體分析儀進行的,該儀器是這顆登陸器上的熱力與先進氣體分析儀(TEGA)的一部分。熱力與先進氣體分析儀是由
美國亞利桑那大學設計和建造的。與20世紀70年代美國宇航局的「海盜」號登陸器上的分光儀(是另外唯一一個把有關火星同位素組成的數據傳回地球的儀器)
相比,熱力與先進氣體分析儀的分光儀能更精確地對二氧化碳進行分析。
亞利桑那大學月球和行星實驗室行星科學系教授威廉姆·鮑恩頓說:「我們把熱力與先進氣體分析儀當作一個犯罪現場調查員。跟化學指紋一樣,同位素可以告
訴我們,是什麼過程生成了我們正在研究的這種物質。」鮑恩頓負責領導了製造熱力與先進氣體分析儀的科研組,也是在《科學》雜誌上發表的論文的聯合作者。火
星大氣95%是二氧化碳。美國宇航局的「火星探測計劃」已經確定會優先研究火星二氧化碳里的同位素比,彌補「海盜」號收集的信息和對墜落地球的火星岩石進
行分析獲得的結果存在的不足之處。
為了獲得這些測量結果,「鳳凰」號上的熱力與先進氣體分析儀打開一個針尖大小的縫,利用一個真空吸塵器把一股火星大氣吸入到它的內部,對同位素進行分
析。亞利桑那大學構思並負責「鳳凰」號任務的操作工作。2008年該登陸器在火星北極附近降落,這是有史以來第一項由一所大學領導的火星任務。
二氧化碳與水發生反應
分析結果顯示,火星上的二氧化碳的碳和氧同位素比,與地球大氣的二氧化碳類似。這一意想不到的結果顯示,火星上的地質活動比以前認為的更多。事實上這
些最新研究結果表明,火星大氣里的二氧化碳是在距離現在相對較近的時候產生的,它已經與火星表面出現的液態水發生反應。休斯頓美國宇航局約翰遜航天中心的
太空學家和這篇論文的第一作者保羅·奈爾斯說:「大氣里的二氧化碳就像一名化學間諜。它滲透到火星表面的每一部分,顯示水的出現和它的歷史。」
火星的引力很小,而且沒有磁場,這意味著這顆紅色行星大氣里的二氧化碳將會逃逸到太空里,與碳-13相比,這一過程會更容易喪失較輕的碳
-12。儘管更加久遠的火星大氣里應該包含更多碳-13,但事實並非如此。這說明較近的火山噴發產生的二氧化碳進入了火星大氣里,在相對較近的火星過去,
火山活動比較活躍。另一個線索來自組成二氧化碳的第二種元素——氧。氧跟碳一樣,擁有不同的同位素:氧-16和更重的氧-18。
該科研組把「鳳凰」號收集的數據與研究火星隕石(在撞擊過程中從火星表面飛入空中,最終落到地球表面的岩石)獲得的數據進行對比。這些岩石包含的碳酸
鹽物質,只能在有水和二氧化碳的情況下形成。鮑恩頓說:「火山爆發噴入大氣層的二氧化碳,與在這些岩石里發現的氧同位素比非常類似。但是這些火山岩石的氧
比與火星大氣里的氧比之間存在很大差異。」這說明火星隕石(火山岩)里的二氧化碳已經與液態水產生反應,二氧化碳里所含的碳-18更多。
把火星大氣里的同位素與這些隕石里的同位素進行對比,證實了這一重大發現。例如,一塊這種隕石(顯然是在大約1.7億年前,而非數十億年前形成的)所
含的碳酸鹽里的同位素比例,與「鳳凰」號測量的火星大氣的同位素比很相符。據奈爾斯說,同位素跡象表明,火星表面曾出現過液態水,而且數量足以對現在的火
星大氣成分產生影響。這說明水最初出現在滴水成冰的環境下。
這些研究結果為證明促使形成碳酸鹽的水環境在目前寒冷、乾旱的火星上仍然存在提供了有力證據。鮑恩頓說:「這說明碳酸鹽是在水和火星大氣(在相對較近
的地質環境下形成的)的影響下生成的。」奈爾斯說:「這一發現並沒揭示液態水和火山口形成的特定地點或時期,但是在這些環境下發生的地質活動,為我們發現
的同位素比提供了最好解釋。」