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火星地表下廣泛存在水冰成分

這張示意圖描述了火星上存在的水體儲庫形式。 可以看到以火星地幔為代表的低δD(D/H比值較低),以及以火星大氣成分為代表的高δD(D/H比值較高)的兩大水體儲庫。 這裡D是指氘,這是氫的一種同位素。 而最新的研究給出了火星上可能存在第三個水體儲庫的證據——δD性質介於火星地幔與火星大氣之間。 這些研究結果支持了火星上長期存在一個廣泛的埋藏水冰層的理論,其可以解釋火星上很大一部分水體的去向之謎。

據美國宇航局網站報導,美國宇航局和一個國際行星科學家小組已經在隕石中找到證據,證明在火星地表附近曾經存在一個全球性的水或水冰儲庫。

儘管圍繞火星上水的起源,豐度和歷史都還存在爭議,但這項最新研究將幫助科學家們回答有關“火星上的水都去哪裡了”這類問題。 科學家們持續開展對這顆行星曆史記錄的研究,嘗試了解其從早期的溫暖潮濕環境到如今的寒冷乾燥環境,這其中的轉變究竟是如何發生的。

火星上水或水冰儲庫的發現或許是我們了解火星氣候歷史乃至火星存在生命潛在可能性的關鍵。 研究人員獲得的這項成果已經刊載於近日出版的《地球與行星科學通報》上。 東京工業大學的臼井寛裕是這項研究的第一作者,他表示:“先前對火星隕石開展的研究已經暗示第三個行星水體儲庫的存在,但我們的最新數據顯示這樣一個儲庫還 必須與多樣化的火星樣品發生相互作用。”他說:“在這項研究之前,還沒有直接的證據指向這一地表儲庫或它與落到地球上的火星隕石之間的相互作用。”

在這項研究工作中,來自日本東京工業大學,位於休斯頓的美國月球與行星研究所,位於華盛頓的卡內基科學研究所,以及設在休斯頓約翰遜航天中心內的美國宇航局地外物質研究與 探索科學分部的研究人員對3塊火星隕石進行了分析。

這些樣品的分析結果顯示這些隕石中水的氫同位素組成不同於火星地幔或今日火星大氣中水的氫同位素組成。 所謂同位素是指同一種元素,但其原子核中的中子數量存在差異。

圍繞火星軌道運行的探測器已經證實了火星淺地表下水冰的存在,科學家們也確信火星上的一些地貌特徵是由於融化的地下水冰導致的。 在這項研究中,研究組使用不同年齡的隕石開展分析,並發現在整個火星地質歷史時期,其埋藏於淺地表下的水冰基本沒有受到影響。

研究組強調指出這一近地表水體儲庫顯示的氫同位素差異必定相當顯著,只有如此才不至於與火星大氣達到同位素均衡。

這篇最新研究論文的合著者,美國宇航局約翰遜航天中心實驗岩石學家,美國宇航局好奇號火星車項目組成員約翰·瓊斯(John Jones)表示:“今天火星大氣的氫同位素組成可以由火星 大氣向太空的快速氫逃逸以及廣泛的冰層昇華過程進行修正。”

好奇號在火星蓋爾隕坑進行的考察證實火星在地質歷史的漫長時間內逐漸丟失了它的水體。

研究論文合著者,卡內基科學研究所的宇宙化學家科內爾·亞歷山大(Conel Alexander)表示:“由於缺乏從火星返回的樣品,這項研究強調了尋找更多火星隕石,以及使用不斷改進 的分析技術繼續對目前已有隕石樣品開展研究的重要性。”

在這項研究中,科學家們對隕石玻璃質中捕獲的水與其他揮發分以及氫同位素成分進行了分析對比,這些成分可能是在這塊隕石由於火星地表的猛烈火山噴發或遭受撞擊而被濺 射離開火星時被捕獲並進入隕石玻璃質的。

另外一名論文合著者,同樣來自約翰遜航天中心的宇宙化學家賈斯汀·西蒙(Justin Simon)表示:“我們對兩種可能性進行了探討,最新識別出的這一氫同位素儲庫要么代表了與 沉積物夾層分佈的地表水冰成分,要么就代表了火星地殼頂部的水化岩石。”他說:“這兩種可能性都是存在的,但當使用更高的水含量假定進行測算時, 會發現結果與其他一些揮發分,尤其是氯,顯示一些不相關性,因此這可能表明這一儲庫可能是以水冰的形式存在的。”

通過對火星隕石開展研究獲得的信息,加上大量被發往火星軌道或地面的無人探測器傳回的大量數據,將為人類最終在2030年代實現載人登陸火星鋪平道路。

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