火星活跃冲沟的雕刻者并非水，而是干冰流化作用

火星冲沟之谜：并非水的作用

火星表面遍布着与地球冲沟极为相似的地貌，这一发现曾令科学家们震惊不已。更令人困惑的是，这些冲沟并非静止不变，而是会随时间推移发生改变。在地球上，冲沟的形成几乎无一例外地依赖于液态水的径流侵蚀。然而，火星的环境条件——极低的温度和稀薄的大气层——使得液态水无法在其表面稳定存在。那么，究竟是什么力量在雕刻着这些活跃的火星冲沟呢？

一项由巴黎萨克雷大学空间天体物理研究所的Apolline Leclef及其同事完成的新研究，为这一谜题提供了令人信服的答案。该研究目前以预印本形式发表在arXiv服务器上，指出火星冲沟的形成机制很可能与二氧化碳霜冻的相变过程有关。

排除液态水与间歇泉假说

为了验证这一想法，研究团队调用了两台长期观测火星环境的轨道器的数据：欧洲空间局的火星快车号（Mars Express）和美国宇航局的火星勘测轨道飞行器（MRO）。他们重点分析了MRO搭载的紧凑型火星侦察成像光谱仪（CRISM）和火星快车号搭载的OMEGA光谱仪所获取的数据，并将研究焦点锁定在一个非常特殊的地点——Sisyphi Cavi。

Sisyphi Cavi是一个位于火星南极冰盖附近的深坑系统。尽管该区域本身已知存在活跃的冲沟，但它所处的位置远高于火星冲沟通常形成的温带纬度区域。这一地理特征使其成为检验不同成因假说的理想天然实验室。

研究团队的首要任务是彻底否定水成因假说。水的光谱吸收特征在1.5微米波段处有一个非常明确的信号。然而，在火星春季，当冬季覆盖火星表面的二氧化碳冰层逐渐消失时，该光谱吸收带完全缺失。虽然研究者在Sisyphi Cavi的高原和陨石坑边缘检测到了盐和黏土矿物——这些物质通常需要水才能形成——但这些矿物分布的位置与冲沟所在区域并不重合。因此，液态水显然不是造成这些冲沟活跃变化的直接原因。

排除了水的作用后，研究人员的注意力转向了另一个潜在机制——间歇泉。在地球上，间歇泉通常指从地下喷涌而出的高温水柱。但在火星上，间歇泉的运作机制截然不同，被称为基弗间歇泉机制。该机制描述的是：火星冬季被一层透明的干冰覆盖。到了春季，增强的日照开始加热透明冰层下方的深色土壤，导致部分二氧化碳冰从底部升华。随着气体压力不断累积，最终冰层破裂，高速的二氧化碳气体喷涌而出，同时携带出深色的沙土羽流。这些喷发物在轨道器拍摄的图像中表现为“暗斑”。

间歇泉假说看似合理，但研究指出其时间序列与冲沟活动并不匹配。指示间歇泉活动的暗斑在冬末出现，并在春分前后达到峰值。然而，冲沟的活动要到春末才开始，此时间歇泉已基本进入休眠状态。因此，间歇泉也不是冲沟形成的答案。

气垫效应：干冰流化作用

既然两大主流假说均与观测数据不符，研究团队提出了第三种机制，可形象地称为“气垫效应”。玩过气垫球的人都知道，一块固体平板（如冰层）在底部气垫的支撑下，可以近乎无摩擦地漂浮和移动。研究者认为，火星上由升华驱动的过程——二氧化碳霜冻流化作用——在更大尺度上实现了类似的效果，从而塑造了冲沟地貌。

在这种机制中，气体并非通过冰层上的微小裂缝喷涌而出，而是充当了润滑剂。它使得原本静止的干冰与尘土混合物沿斜坡滑动，形成高速流动的物质流。这种流动足以在火星地表上雕刻出类似冲积扇的裙状堆积物和深邃的沟壑。最终形成的形态与今天在火星上观测到的冲沟完全一致。

结论与意义

如果这一假说成立，它将有力地证明：地球上看似熟悉的地貌特征，并不一定需要与地球相同的物理过程才能形成。Sisyphi Cavi区域发生的动态侵蚀过程，没有涉及一滴液态水，而是完全依赖于火星大气中二氧化碳的冻融循环。

对于天体生物学家而言，这或许不是一个令人振奋的消息，因为液态水的缺失意味着该区域不太可能支持我们所知的生命形式。然而，对于行星科学家和地质学家来说，这一发现令人赞叹：它完美地解释了观测事实，尽管其结论不如“火星上发现液态水”那样具有轰动效应。

• 研究团队利用火星快车号和MRO的CRISM与OMEGA光谱仪数据，对Sisyphi Cavi区域进行了详细分析。
• 春季光谱观测显示，活跃冲沟附近没有水冰信号，而盐和黏土矿物仅出现在远离冲沟的高原和陨石坑边缘。
• 二氧化碳间歇泉的活动峰值出现在春分前后，而冲沟活动始于春末，两者在时间上不吻合。
• 二氧化碳霜冻流化作用机制中，升华产生的气体使干冰与尘土混合物沿斜坡滑动，形成侵蚀性流动。
• 该研究揭示了火星上一种独特的侵蚀过程，不依赖液态水，而是由二氧化碳的相变驱动。
• 这一发现对理解火星表面演化历史以及类似地貌在其他天体上的形成机制具有重要意义。

原标题：What's carving active gullies on Mars? It's not water。 来源：phys.org。

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