聚焦火星:神秘的磁脉冲、地表下的咸水库

聚焦火星:神秘的磁脉冲、地表下的咸水库
洞察号探测器在火星表面着陆。探测器上磁力仪的初步数据表明,这颗红色星球的磁场在夜间会以无法解释的方式摆动。
绘制:NASA
 
撰文:ROBIN GEORGE ANDREWS
 
  午夜时分,火星有时会出现磁场脉冲,这种现象此前从未被观察到,发生原因未知。
 
  NASA的首个地球物理探测器“洞察号”带来了不少惊人的初步发现,这只是其中之一。2018年11月,洞察号成功着陆后即开始收集信息,帮助科学家更好地了解我们的邻居:火星的内部结构和演化过程,比如测量上地壳的温度、记录地震的声音,以及测量火星磁场的强度和方向。
 
  上周,欧洲行星科学大会与美国天文学会举行了联合会议,会上的几次报告透露,初步数据表明,火星的磁场非常狂野。
 
  除了奇怪的电磁脉冲,着陆器的数据显示,火星地壳的磁场比科学家预计的强大得多。而且,着陆器还在火星地表深处发现了一个非常特别的导电层,厚度约4公里。这个导电层可能代表一个全球液态水储藏库,不过现在下结论还为时过早。
 
  地球上的地下水是一个隐藏的海洋,被沙子、土壤和岩石深锁于地下。杨百翰大学的行星科学家Jani Radebaugh没有参与此次研究,他说,如果火星也有类似的情况,“我们不应该感到惊讶”。但如果这些测量结果得到证实,现代火星上拥有这么大规模的液态水,那么它必然对过去或现在可能存在的生命有着重要影响。
 
  到目前为止,这些数据还没有经过同行评审;随着时间的推移,初步发现和解释的一些细节无疑会有所调整。尽管如此,洞察号还是为我们带来了令人惊叹的火星世界。这个探测器或将彻底改变我们对火星乃至整个银河系其他岩石星球的理解。
 
  北卡罗莱纳州立大学的行星地质学家Paul Byrne没有参与这次工作,他说:“我们正在以从未有过的方式深入了解火星的磁场历史。”
 
两个世界的故事
 
  由于旋转,再加上富含铁的液态外核在搅动,地球形成了全球范围的磁场。地壳中的特定矿物记录了磁场的强度和方向,根据这些自然记录,我们知道,这个磁场已经存在了一段时间,而且在不同地质年代有很大变化。1997年,火星全球探勘者号发回了相关数据,科学家在火星的地壳中发现了类似的磁场变化情况。
 
  加州大学伯克利分校的行星空间物理学家Robert Lillis没有参与此次新研究,他说:“火星也有地球上的磁性矿物。”
 
  火星全球探勘者号探测到,这颗红色星球地表之上95至400公里处存在磁场。在距离地表同样高度的地方,火星的地壳磁场是地球的十倍。这意味着,很久以前,火星也有一个全球磁场。
 
  但与地球不同的是,火星很不幸。大约40亿年前,搅动的外核似乎停止运转,导致全球磁场崩溃,只留下一个脆弱的磁场屏障,堪堪保护自己。这个磁场屏障来自太阳释放出的辐射,即太阳风,它渐渐剥离了古老的大气层,把可能维持生命、富含水分的世界变成了寒冷荒凉的沙漠。
 
  为什么这两颗星球的命运迥然不同?为了找到原因,我们首先要对火星的磁场进行尽可能详细的测量,但从轨道上看过去,剩下的磁场强度的分辨率很低,就像从很远的地方看一群人:如果很多人穿红衬衫,少数人穿蓝衬衫,那么远处的相机很大程度上捕捉到的是红色。但如果把相机推近,那些非常重要的蓝色就会显得更清楚。
 
  科罗拉多大学的大气和空间物理研究员Dave Brain没有参与此次研究,他说:“在磁场测量方面也是这样。靠得越近,就越能了解构成情况。”
 
午夜谜团
 
  洞察号的磁力仪是首个安置在火星表面的磁力仪,科学家因此对火星地壳磁场有了深入了解,不过测量结果有点出乎意料:和过去轨道测量预测的结果相比,洞察号附近的磁场强了约20倍。
 
  Brain熟悉洞察号的数据,他表示,这种强大稳定的磁信号来自附近的岩石,但目前还不清楚它们是位于地下深处,还是更靠近地表。Byrne说,确定位置很重要,因为如果是地表附近较新的岩石,那意味着火星周围的强磁场持续的时间比我们以为的要长。
 
  更奇怪的是,洞察号还发现,它附近的地壳磁场时不时会摆动。加州大学伯克利分校的空间物理学家、洞察号科学团队成员Matthew Fillingim解释说,这种摆动即磁脉冲。
 
  这些脉冲反应了磁场强度或方向的波动,不算非同寻常。因为上层大气的扰动、太阳风的作用,以及行星磁泡的扭曲等因素,地球和火星经常会出现这样的现象。
 
  奇怪的是,火星的磁脉冲出现在午夜时分,仿佛有一个看不见的夜间计时器。
 
  洞察号位于火星的赤道附近,在地球上相同的地理位置,晚上却没有这类磁脉冲。地球夜间的磁脉冲往往发生在高纬度地区,并带来南北极光。目前,关于火星上为什么会有磁脉冲,科学家还没有找到确切答案,不过有一种推测。
 
  虽然不再具备强大的全球磁场,但在太阳风与稀薄的大气层的相互作用下,火星周围存在一个微弱的磁泡。这个磁泡又被太阳风的磁场压缩,导致部分地方的形状似尾巴。午夜时分,火星上的洞察号与这条尾巴对齐,当它穿过时,尾巴就会像拨动吉他弦一样拨动地表的磁场。
 
  如果高空飞船,如NASA火星大气与挥发物演化任务的轨道飞行器,恰逢其时地经过洞察号上方,或许就能证明这一点。不过,目前这还是一个未解之谜。
 
火星深处
 
  在一场关于火星磁场的演讲中,科学家还提到,磁信号的特征显示,在火星表面之下的某处,似乎存在导电层。虽然研究团队还不能确定具体深度,但他们认为不会超过100公里。
 
  Brain解释说,在地球沙漠中的测试表明,磁力仪可以告诉我们地下是否有水。同样的,洞察号的磁力计显示,整个火星都覆盖着冰水层或者有溶解固体物的含水层。
 
  目前还不清楚火星过去的地表水体在湖泊、河流甚至海洋中存在了多长时间,但可以确定的是,如今火星的地表之下存在咸水库。Radebaugh告诉我们,越往深处,火星的地壳越温暖。考虑到火星地表下有大量的冰,我们有理由认为,地下含水层中也应该有液态水。
 
  但Brain说,还有一些细节问题,且需要排除导致磁脉冲等其他因素。洞察号探测器有一个钻头,但只能挖掘到地面下约5米的地方,所以科学家必须通过其他方法来检验这一推论,或许要靠未来的火星任务。
 
  Brain还补充说,无论火星含水层是否存在,洞察号的测量结果都具有重要价值,包括磁场数据。虽然只是驻扎在埃律西昂平原的某一处,但洞察号一定会带来火星上各种各样的奇迹。
 
(译者:Sky4)
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