火星和土衛六在地質上是死寂的嗎?

加入我們的科學愛好者社群!

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


帕薩迪納——人們常說,無效的結果永遠不會發表,無論是在科學界還是新聞界。好吧,我今天要打破這個規則。本週行星科學部門會議上最有趣的一些結果是關於非發現。

近年來,行星科學家們對火星和土星的衛星土衛六可能仍然在地質上活躍的前景感到興奮。火山噴發可以解釋看起來很新鮮的地形在兩個世界的大氣層中探測到甲烷,以及土衛六大氣層的巨大體積。此外,持續的地質活動將開闢生物棲息地,這將是無可否認的酷。


關於支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。


但我認識的幾乎每位科學家在性格上都是逆向思維者,並且最喜歡質疑傳統智慧,地質活動的情況也不例外。科學家們剛提出火星和土衛六是活的,其他人就認為該是時候進行反駁了。結果是一場引人入勝的辯論。在這裡,我將總結會議上捕捉到逆向論點的一些討論。

週三上午,馬林空間科學系統公司的肯·埃杰特描述了他和他的同事們如何搜尋火星的高解析度影像,翻遍每一塊岩石,重新審視每一項關於近期火山活動的宣告,但仍然一無所獲。看起來光滑從而顯得年輕的地形,被證明是坑坑窪窪的;看起來像間歇泉的東西被證明是塵捲風;熱掃描未能顯示任何一個熱點。該團隊得出結論,火星至少在 1000 萬年內沒有發生過火山活動或地熱活動。資深行星科學記者凱利·比蒂在天空與望遠鏡網站上有更多討論

那麼在火星大氣層中探測到的甲烷蹤跡呢?在一篇海報論文中,美國宇航局艾姆斯研究中心的凱文·扎恩勒和他的同事也對這一發現表示懷疑。為了尋找甲烷,科學家們使用了光譜觀測,包括來自火星軌道和地球上的望遠鏡。氣體推測的濃度只有十億分之幾,以至於光譜跡象非常微妙。更糟糕的是,地面觀測必須減去地球大氣層的影響,這是一個眾所周知的容易出錯的過程。“它們從根本上來說是難以進行的測量,”扎恩勒說。

扎恩勒不是光譜學家——遠非如此。他從模擬火星大氣層的角度來看待整個問題。“甲烷的引入會搞砸它,”他說。這種氣體,特別是如果其濃度隨時間和位置變化(正如一些觀測所暗示的那樣),將需要一個活躍的化學活動迴圈——這與其他大氣測量結果相矛盾。

這種擔憂促使他對甲烷探測進行了一些簡單的現實檢驗。在許多觀測中,甲烷訊號都深深地埋在噪聲中。即使是最可靠的觀測也存在問題。火星和地球的相對運動使火星光譜發生偏移,以至於甲烷訊號與地球自身大氣層中甲烷同位素變體的訊號重疊。簡而言之,扎恩勒擔心觀測者可能測量到的甲烷不是來自火星大氣層,而是來自地球大氣層。“作為一個局外人,我一點也不相信,”他說。

土衛六有一個更加曲折的故事。這顆衛星籠罩在霧霾中,因此您可能看到的表面影像實際上是卡西尼號探測器拍攝的雷達影像。乍一看,火山活動(或者更確切地說,是冰火山活動,其中冰扮演著岩漿的角色)的證據比比皆是。圓形特徵看起來像穹頂,坑窪像火山臼,光滑區域像熔岩流。但艾姆斯研究中心的傑夫·摩爾和噴氣推進實驗室的鮑勃·帕帕拉爾多在 2008 年開始重新審視這些解釋。雷達影像眾所周知難以解釋,而土衛六的雷達影像解析度相當低。“我們當時在扔手榴彈,”帕帕拉爾多回憶道。“我們當時在攪亂局勢。”

兩人都在本週發表了更多質疑的演講。帕帕拉爾多指出了立體雷達影像,這些影像顯示,許多所謂的穹頂實際上是平坦的平原,而所謂的熔岩流是向上流動的。摩爾仔細研究了冰火山熔岩流的兩個主要候選區域,霍泰區和圖伊區,並認為它們看起來更像乾涸的湖床:它們位於廣闊的窪地中央,周圍環繞著看起來像河床的東西。

與此同時,新的想法是土衛六的內部太冷,無法為冰火山提供動力。今年早些時候,卡西尼團隊使用航天器跟蹤資料測量了土衛六的引力場,從而測量了它的慣性矩——衡量其內部結構的指標。一個均勻的球體的慣性矩值為 0.4。地球的慣性矩值為 0.33,表明其內部被分層為地核和地幔。然而,土衛六的慣性矩值為 0.34,表明其內部並非完全分層。顯然,這顆衛星從未變得足夠溫暖和黏稠,以至於重物質下沉,輕物質上升。

這與土衛六和其他外行星衛星如何形成的最新理論相符。博爾德西南研究所的艾米·巴爾提出,這些天體的凝結速度非常緩慢,歷時數百萬年,以至於在此過程中釋放的熱量能夠消散到太空中——使它們的內部保持寒冷。隨後的小行星和彗星的撞擊從上到下加熱了它們。土衛六受到的影響相對較小。但木星最大的衛星木衛三可能就像在其側面畫了一個大的靶心一樣,因為它離這顆巨大的行星太近了,木星強大的引力吸引著各種太空岩石。因此,木衛三可能確實變得非常溫暖。事實上,它的慣性矩值為 0.31,表明其內部的分層程度甚至比地球更甚,更不用說土衛六了。“我們正在改寫這些衛星形成的最初十億年,”巴爾說。

可以肯定的是,並非所有人都同意。噴氣推進實驗室的布魯斯·比爾斯警告說,土衛六的內部結構仍然不確定;衛星的自轉軸與模型的預測並不完全一致。其他人指出,同位素測量表明,來自內部的氣體已被排放到大氣中。“已經進行了相當多的來回辯論,”噴氣推進實驗室的卡爾·米切爾告訴他的同事們。他告誡不要過分沉迷於土衛六是活躍的還是死寂的觀點。事實上,在會議上,土衛六是死寂的觀點,曾經是逆向的,現在已經成為主流——這肯定會激起科學家們的反逆向本能。

圖片:1977 年 8 月,海盜號任務在火星上看到的假定間歇泉(左圖),但火星勘測軌道飛行器今年 3 月發現的類似特徵(右圖)只是塵捲風。圖片由馬林空間科學系統公司提供

© .