火星表面可能會週期性形成鹽水

作者 | 發布日期 2020 年 02 月 22 日 12:00 | 分類 天文 follow us in feedly


根據行星科學研究所(Planetary Science Institute)Norbert Schorghofer 等科學家最新研究顯示:每年有幾天火星表面的含冰區域可能會形成鹽水。

▲ Mars Pathfinder 於 1997 年拍到的火星,表面布滿巨石。(Source:NASA / JPL-Caltech / Popular Mechanics)

火星要保有液態水有點困難,因為冰在達到融點變成水之前就會迅速昇華或消散到大氣。原因是火星表面大氣壓力接近水(H2O)的三相點(triple point),這是液態水能存在所需的最小壓力。火星有許多低溫含冰的區域,也有許多溫暖不含冰的區域,但幾乎不可能發現溫度可能達融點以上的結冰區域,這樣的「理想之地」應該就是液態水形成的地方。

整個過程是這樣:火星表面中緯度地區的巨石冬天時會投下陰影,持續被陰影籠罩的區域會非常冷,冷到水冰能堆積整個冬天。一旦春天來臨,這些水冰突然被加熱。根據詳細電腦模擬計算結果,從清晨的 -128℃ 上升到中午 -10℃,僅四分之一天內溫度就變化如此劇烈。這麼短的時間內,並不是所有冰霜都逸散到大氣。鹽分會降低水冰的融點,所以在含鹽量豐富的地面,水冰在 -10℃ 就會融化成液態水,鹽水就是在這段期間形成,直到所有水冰都轉變成液態水或水蒸氣。下一年同樣過程會再來一次。

▲ 火星南緯 30 度一顆理想化巨石周圍的溫度分布圖。背對太陽處的溫度約 -128℃。當太陽升起,溫度快速上升,冰霜昇華進入大氣之前,先融化在含鹽的地面。(Source:Norbert Schorghofer)

巨石後方的陰影區在冬天的溫度這麼低,不只使水凍結成冰,二氧化碳(CO2)也會固結成乾冰。對火星而言,春季來臨後第一天沒有乾冰的日子稱為「番紅花日」(crocus date);番紅花日當天或之後不久的冰融現象就稱為「番紅花冰融」(crocus melting)(註)。

想確切知道火星表面究竟有沒有季節性番紅花冰融現象,還需經過一連串詳細定量計算,這點很重要。所以 Schorghofer 等人花費數十年來發展所需的數值模型,才取得本次研究成果。相關論文發表在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)。

註:為何要取名番紅花,很可能是因為番紅花開花期約在春季來臨的冰融之時,且開花時間通常只有 2~3 天。若有其他意義或翻譯錯誤,還請不吝告知。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA