实验揭示每年春季火星沙丘之下究竟隐藏着什么

https://www.dprenvip.com/wp-content/uploads/2025/11/mars_gullies_header.jpg火星沙丘上那些奇特蜿蜒的沟壑，终于要揭开它们的秘密。新实验表明，这些沟壑是由干冰的爆发性升华所刻蚀而成。干冰像鼹鼠一样沿着斜坡向下钻，并在行进过程中炸开沙子。新结果终于解释了火星神秘蜿蜒痕迹的所有奇特特征。

荷兰乌得勒支大学的地球科学家洛内克·罗洛夫斯说：“感觉就像在看电影《沙丘》里的沙虫。”自1999年首次发现火星沙丘上的这些沟壑以来，它们一直困扰着科学家。最初，科学家将其形成与季节性水流联系起来。但如今我们知道，没有证据表明液态水在火星表面流动，短期内也不太可能找到这样的证据。

然而在2013年，科学家提出了另一种解释：这些沟壑可能是由二氧化碳冰，即干冰，在沙丘上滑落时升华形成。最初的实验表明这一机制具有合理性，但测试并未重现火星沟壑中观察到的所有特征，尤其是其蜿蜒曲折的形状。

罗洛夫斯和她的同事对这一差距并不满意。在之前的工作中，他们利用开放大学的火星舱，这是一个模拟火星环境的密封空间，展示了二氧化碳如何驱动陡峭陨石坑壁的大规模外流。为了解决沟壑问题，研究人员再次求助于火星舱。

他们调整设备以模拟火星稀薄寒冷的空气，将干冰块从不同倾斜度和沙粒大小的沙丘斜坡上落下，并用高速摄像机记录结果。结果显示，在坡度大于25度的斜坡上，冰在气垫上滑落，留下模糊痕迹，与之前实验所见相同。但当斜坡角度较缓，低于22.5度时，冰会部分钻入沙中。

干冰被掩埋后，升华过程会将沙子弹射出去，产生与火星沟壑中观察到的完全相同的特征。具体而言，这些特征包括从未在地球上复制出的沟壑蜿蜒形状、高耸清晰的堤岸以及痕迹末端的小坑。

罗洛夫斯解释说：“我们通过模拟不同陡峭程度的沙丘斜坡尝试了各种方法。让一块二氧化碳冰块从斜坡顶部落下，观察发生的情况。”“找到合适的坡度后，我们终于看到了结果。二氧化碳冰块开始像挖洞的鼹鼠或《沙丘》里的沙虫一样钻进斜坡并向下移动，看起来非常奇怪！”

干冰是半透明的，这意味着光和红外辐射不只是从其表面反射，还会穿透内部。然而，冰下的沙子或岩石颜色更深，这意味着它吸收更多到达的辐射，并以热（红外）辐射的形式重新发射。这些热能被上方的冰块阻止逃逸。随着冰的底部升温，它通过升华过程直接转变为气体。这些气体无处可去，压力不断积聚，直到向外爆发，以巨大的力量将周围的沙子抛飞。

为了测试他们的实验观察结果是否能放大以重现火星上观察到的沟壑，研究人员进行了模拟，考虑了更大的冰块和火星的重力。结果表明，厚度达一米（3.3英尺）的升华冰块在火星上可以将沙子抛射至13米远，轻松重现观察到的沟壑。这一结果甚至解释了为什么这些沟壑只出现在细粒斜坡上：因为只有这些斜坡才适用这一机制。

火星大气富含二氧化碳。在冬季，它可以在中纬度沙丘地区形成厚度达70厘米的冰层。罗洛夫斯说：“春天，冰层开始升温升华。冰层的最后残余位于沙丘顶部的背阴面，一旦温度足够高，冰块就会从那里脱落。”“冰块到达斜坡底部停止移动后，冰继续升华，直到所有二氧化碳蒸发。最后在沙丘底部的沙子中留下一个空洞。”

研究人员现在想用更大的冰块和不同类型的沙子进行实验，看看调整参数会发生什么。罗洛夫斯总结道：“火星是我们最近的邻居。它是太阳系‘绿色地带’附近唯一的岩石行星。这个地带与太阳的距离恰好使液态水的存在成为可能，而液态水是生命的先决条件。因此，关于生命起源和可能存在的外星生命的问题，或许能在这里得到解答。”“此外，研究其他行星景观结构的形成，是跳出思考地球问题框架的一种方式。这能让你提出略有不同的问题，进而为地球上的相关过程带来新见解。”该研究已发表在《地球物理研究快报》上。