實驗揭示了每年春天火星沙丘下真正挖洞的東西

奇怪、蜿蜒的溝壑蝕刻在沙丘上火星終于放棄了他們的秘密。

新的實驗表明，這些鑿痕是由干冰的爆炸性升華雕刻而成的，像鼴鼠一樣從斜坡上鉆下來，邊走邊吹走沙子。新結(jié)果最終解釋了火星神秘波浪線的所有奇怪特征。

“感覺就像在看電影中的沙蟲沙丘,"地球科學(xué)家 Lonneke Roelofs 說荷蘭烏得勒支大學(xué)。

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自從首次被發(fā)現(xiàn)以來，從火星沙丘上蕩漾下來的溝壑一直讓科學(xué)家們感到困惑早在 1999 年.最初，科學(xué)家們鏈接他們的形成自季節(jié)性水流.然而，正如我們現(xiàn)在所知，有無證據(jù)液態(tài)水流過火星表面，我們也不是可能獲得任何此類證據(jù)很快。

然而，在2013年，科學(xué)家們展示了另一種解釋：這些干冰可能是由二氧化碳冰或干冰雕刻而成的，當(dāng)它從沙丘上滑下來時升華。

最初的實驗表明，這種機制是合理的，但測試并沒有重現(xiàn)在火星溝壑中觀察到的所有特征，尤其是蛇狀的蜿蜒。

羅洛夫斯和她的同事們對這種差距并不滿意。在之前的工作中，他們使用了開放大學(xué)的火星密室– 模擬火星條件的密封環(huán)境 – 展示一氧化碳如何₂可以推動陡峭的火山口壁大量流出。

為了解決溝壑問題，研究人員再次轉(zhuǎn)向火星室。

調(diào)整設(shè)備以模仿火星的稀薄的冷空氣，該團隊將干冰塊投放到各種傾斜度和沙粒大小的沙坡上，并用高速攝像機記錄結(jié)果。

結(jié)果表明，在陡度超過 25 度的斜坡上，冰在氣墊上滑落，留下模糊的軌跡，正如之前的實驗中所見。然而，當(dāng)坡度較平緩時，低于 22.5 度，冰部分鉆入沙子中。

當(dāng)干冰被這樣掩埋時，升華過程彈道噴射沙子，產(chǎn)生在火星溝壑中觀察到的確切特征。

具體來說，這些特征——以前在地球上從未復(fù)制過——包括蜿蜒的軌道、高而明顯的堤壩以及小徑盡頭的一個小口袋。

“我們通過模擬不同陡度角度的沙丘坡度來嘗試各種方法。我們讓一塊 CO₂冰從斜坡頂部落下并觀察發(fā)生了什么，”Roelofs 解釋道.

“找到合適的坡度后，我們終于看到了結(jié)果。The CO₂冰塊開始挖入斜坡并向下移動，就像挖洞的鼴鼠或沙蟲一樣沙丘.看起來很奇怪！

干冰是半透明的，意思是光學(xué)和紅外輻射不僅從其表面反彈，但滲透到內(nèi)部.然而，冰下的沙子或巖石顏色較深，這意味著它吸收了更多到達它的輻射，并將其作為熱（紅外）輻射重新發(fā)射。

這種熱能被位于其頂部的冰塊阻止逸出。隨著冰的底面變暖，它會在稱為升華的過程中直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w。這種無處可去的氣體會不斷積聚，直到它向外爆發(fā)，用很大的力將周圍的沙子甩開。

為了測試他們的實驗觀測是否可以擴大規(guī)模以重現(xiàn)火星上觀測到的溝壑，研究人員進行了模擬，以考慮更大的冰塊和火星的引力。

他們的結(jié)果表明，升華塊厚達一米（3.3 英尺），可以在這顆紅色星球上拋出長達 13 米的沙子，輕松再現(xiàn)觀察到的溝壑。結(jié)果甚至解釋了為什么這些溝壑只能在細粒度的斜坡上找到：這些溝壑是該機制有效的。

火星的大氣層富含一氧化碳₂;在冬季，它可以在中緯度沙丘場上形成一層涂層，冰厚可達 70 厘米。

“春天，這塊冰開始變暖和升華。這些冰的最后殘余物位于沙丘頂部的陰涼一側(cè)，一旦溫度足夠高，塊就會從那里脫落。羅洛夫斯說.

“一旦塊到達斜坡底部并停止移動，冰就會繼續(xù)升華，直到所有 CO₂已經(jīng)蒸發(fā)了。剩下的就是沙丘底部沙子上的一個空洞。

研究人員現(xiàn)在想對更大的冰塊和不同的沙子類型進行實驗，看看當(dāng)他們調(diào)整參數(shù)時會發(fā)生什么。

“火星是我們最近的鄰居。它是唯一靠近太陽系“綠區(qū)”的巖石行星。這個區(qū)域距離太陽足夠遠，可以使液態(tài)水的存在成為可能，這是生命的先決條件。因此，有關(guān)生命起源和可能的外星生命的問題可以在這里得到解決。Roelofs 總結(jié)道.

“此外，對其他行星景觀結(jié)構(gòu)的形成進行研究是跳出用于思考地球的框架的一種方式。這使您可以提出略有不同的問題，這反過來又可以為我們星球上的過程提供新的見解。

該研究已發(fā)表在地球物理研究快報.

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