研究揭開火星神祕「蜘蛛狀」地貌之謎

火星軌道探測器拍攝的照片顯示火星南極表面在春季到來時會出現很多「蜘蛛」圖案。（NASA）

【大紀元2021年04月02日訊】（大紀元記者笛睿編譯報導）科學家最近在實驗室建造了一個密閉室模擬火星的環境，也有砂石層、乾冰層。當密閉室內的溫度升高，就像火星上的春季到來之時，下面的砂土從乾冰縫隙中噴射而上，在乾冰的表面留下一幅幅「蜘蛛」圖案——研究人員以此認為，火星神祕的「蜘蛛」形地貌應該就是這樣形成的。

2018年，美國宇航局（NASA）的火星軌道探測器（MRO）拍攝的一系列照片顯示，在冬季，火星南極地區被一層白色的乾冰覆蓋著，可是當春季來臨的時候，這些區域便出現多個深色、放射狀的圖案。從高空俯視圖上看起來，就像很多只蜘蛛。科學家對此不解，於是，火星眾多的未解之謎裡面再添新謎。

之後的幾年裡，科學家試著提出一些理論解釋這些蜘蛛狀地貌的成因，其中一種乾冰昇華導致這種侵蝕地貌的猜測，得到最多科學家的支持。

科學家已經知道的是，火星大氣內二氧化碳含量很高，所以到了冬天的時候，足夠的低溫讓二氧化碳變成乾冰覆蓋在地面上，形成一層白白的冰帽。

科學家估計，春天到來的時候，陽光透過半透明的乾冰使下面的砂石升溫。乾冰從底部受熱，發生昇華現象——即從固態直接變成氣態的物理過程。這個過程導致乾冰承受的壓力不斷累積，最後裂開，下層的砂石從乾冰的裂縫中噴射溢出，從而在乾冰層上留下條條放射狀的暗色紋路。

真的是這樣嗎？最近，愛爾蘭都柏林聖三一學院（Trinity College Dublin）的研究組搭建了一個實驗。3月19日發表於《科學報告》（Scientific Reports）期刊的研究詳細描述了這項實驗的過程和看到的結果。

研究人員設計了一個密閉室，裡面鋪上一層顆粒大小各異的砂石。研究人員先用電鑽在乾冰塊上鑽出一些洞眼模擬火星上乾冰層的狀態。一個機械手把乾冰塊懸吊在密閉室的砂石層上，實驗人員將密閉室的氣壓降至火星上的水平，並把乾冰塊置於砂石表面。

他們看到了萊頓弗羅斯特效應（Leidenfrost Effect），即當一種物質接觸到一個比自己的昇華溫度高得多的表面時，物質的周圍將產生大量氣體。接著，研究人員看到，乾冰下面的砂石在壓力的作用下，從乾冰的洞眼中噴射而出，在乾冰上留下了條條放射狀的「泥溝」。

研究人員還注意到，砂石顆粒較小的區域，噴射導致的放射狀紋路更細密；砂石顆粒較大的區域，噴射留下的紋路更稀疏。

這份研究的負責人都柏林聖三一學院地理系的伯克（Mary Bourke）表示，這是第一個用實驗驗證火星蜘蛛地貌成因的研究，而且，這個具有創新思路的實驗方法，對研究具有類似環境的行星也有借鑒意義，比如木衛二（Europa）、土衛二（Enceladus）等。

責任編輯：葉紫微