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在火星发现只在午夜出现的神秘磁脉冲

2019/10/5 13:59:00 移动版

这张插图绘制了安放在火星表面的洞察号登陆器。 登陆器磁力计所获得的初步数据显示,这颗红色星球的磁场会在夜晚以无法解释的方式摇摆。 ILLUSTRATION BY

这张插图绘制了安放在火星表面的洞察号登陆器。 登陆器磁力计所获得的初步数据显示,这颗红色星球的磁场会在夜晚以无法解释的方式摇摆。 ILLUSTRATION BY NASA

据美国国家地理(撰文:ROBIN GEORGE ANDREWS编译:邱彦纶):在夜晚发生的磁脉冲是洞察号(InSight)登陆器的初步探测结果之一。 洞察号还发现了这颗红色行星,可能在地底深处存在一个范围扩及全火星的液态水储存库。

在火星的午夜时分,这颗红色行星的磁场有时会以先前从未观察到的方式开始脉动,目前我们还不知道背后原因。

美国航天总署(NASA)首度派往火星的自动火星物理(geophysicist)登陆器「洞察号」,带来了许多惊人的初步发现,这还只是其中之一。 自2018年11月洞察号成功登陆火星后,就开始收集讯息,帮助科学家更加理解这颗我们邻近行星的内部结构和演变,它的工作包含了测量上部地壳的温度、记录地震的声音,以及测量火星磁场的强度和方向。

9月中,欧洲行星科学大会(European Planetary Science Congress)与美国天文学会(American Astronomical Society)举办了联合会议,会议中的几个报告透露, 初步数据显示火星的磁场非常狂野。

除了奇怪的磁脉冲,登陆器的数据还显示,火星地壳的磁场比科学家预计的强大得多。 而且,登陆器还在火星地底深处发现了一个非常特别的导电层,厚度约4公里。 这个导电层可能代表了一个范围扩及全火星的液态水储藏库,不过现在要下结论还为时过早。

地球上的地下水是锁在沙子、土壤和岩石中,藏于地下的隐藏海洋。 没有参与此次研究的杨百翰大学(Brigham Young University)行星科学家珍妮. 拉德博(Jani Radebaugh)表示,如果火星也有类似的情况,「我们不应该感到惊讶」。 但如果这些测量结果得到证实,现今火星上如此大规模的液态水,也暗示火星过去或现在拥有生命存在的潜力。

到目前为止,这些数据还没有经过同侪审查,这些初步发现的细节和解释无疑会随着时间而有所调整。 尽管如此,洞察号还是为我们带来令人惊叹的火星世界。 这个探测器或许会彻底改变我们对火星、甚至是整个银河系中其他岩质星行星的理解。

「我们正在以前所未有的方式,深入洞察火星的磁场变化史。 」并未参与此项研究的北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)行星地质学家保罗. 柏恩(Paul Byrne)表示。

两颗行星的故事

地球因为有着不断旋转翻搅的富铁液态外核,因此形成了全球性的磁场。 地壳中的特定矿物能够记录磁场的强度和方向,我们根据这种自然纪录,得知地球磁场已经存在了好一段时间,而且在不同的地质年代有相当剧烈的变化。 1997年,火星全球探勘者号(Mars Global Surveyor)轨道器的数据让科学家得知,火星地壳也同样记录下了火星磁场的变化史。

「火星也有一群和地球类似的磁性矿物。 」并未参与此项研究的加州大学柏克莱分校(University of California, Berkeley)的行星太空物理学家罗伯特. 利利斯(Robert Lillis)表示。

火星全球探勘者号在这颗红色星球地表上方97至402公里处探测到磁场,而且和在地球从距离地表同样高度处的侦测相比,火星地壳磁场是地球的十倍。 这表示在很久以前,火星也有全球性的大型磁场。

但与地球不同的是,火星的运气不太好。 翻搅的外核似乎在约40亿年前停止转动,导致全球性磁场崩溃,只留下微弱的磁场屏障保护自己。 名为太阳风的太阳辐射,逐渐剥去火星的古老大气层,把这颗可能维持生命又富含水分的行星,转变为寒冷的沙漠。

为什么这两颗行星的命运如此迥然不同? 为了找到原因,我们得对火星所残留的磁场进行尽可能精确地测量,但从轨道上观测这些剩余磁场强度所能得到的解析率很低。 这就像是从很远的地方观察一大群人:如果很多人穿红衬衫,少数人穿蓝衬衫,那么位在遥远距离之外的相机主要会拍摄到数量占优的红色;但如果让同样一台相机靠近,那些极为重要的蓝色就会变得更加明显。

「测量磁场的情况也是如此,」并未参与此次研究的科罗拉多大学(University of Colorado)的大气和太空物理研究员戴夫. 布莱恩(Dave Brain)表示,「靠得愈近,就愈能看清楚组成的状况。 」

午夜谜团

洞察号的磁力计是首个放置在火星表面的磁力计,这让科学家对火星地壳磁场有了到目前为止最深入的理解,不过测量结果有些让人出乎意料:和过去根据轨道测量所预测的结果相比,洞察号附近的磁场强了约20倍。

相当熟悉洞察号数据的布莱恩表示,这种强大稳定的磁讯号来自洞察号所在位置附近的岩石,但目前还不清楚岩石是位于地下深处,或是更靠近地表。 布莱恩说,确定位置很重要,因为如果磁讯号来自地表附近较年轻的岩石,那代表强磁场持续围绕着火星的时间,比我们目前所认为的还要更久。

更奇怪的是,洞察号还发现它所在位置附近的地壳磁场会不时摆动。 加州大学柏克莱分校的太空物理学家,同时也是洞察号科学团队成员马修. 菲林吉(Matthew Fillingim)解释道,这种摆动就是磁脉冲。

这些磁脉冲是磁场在强度或方向上的波动,并不能算是不寻常。 地球和火星上,经常会因为上层大气的扰动、太阳风的作用,以及行星磁泡的扭曲等因素,而出现这样的现象。

奇怪的是,火星的磁脉冲是在火星当地的午夜时分发生,彷佛有个看不见的夜间定时器。

洞察号的登陆位置在火星赤道附近,但在地球上相同的地理位置,晚上却不会发生这种类型的磁脉冲。 地球夜间的磁脉冲往往发生在较高纬度,并带来绚丽的南北极光。 目前,火星上的磁脉冲没有确切的成因,但科学家在心里至少已有了一种猜测。

虽然火星不再拥有强大的全球性磁场,但太阳风会和火星的稀薄大气层交互作用,在火星周围产生微弱的磁泡。 这个磁泡又被太阳风的磁场压迫,导致磁泡的一部分呈现类似尾巴的形状。 午夜时分,洞察号在火星上的位置恰好与这条尾巴对齐,这条尾巴在通过时,就会像拨动吉他弦一样拨动地表的磁场。

如果一艘像是NASA火星大气与挥发物演化任务(Mars Atmosphere and Volatile Evolution,简称MAVEN)轨道器这样的高海拔宇宙飞船,能够恰好在这个时间点经过洞察号上方,或许就能证明这种假设。 不过,目前这仍是个未解之谜。

引发关注

在一场关于火星磁场的演讲中,科学家还提到,磁讯号的特征显示了在火星地表下方某处,似乎存在着一层导电层。 虽然研究团队还不能确认确切的深度,但他们认为不会超过100公里。

布莱恩解释道,在地球沙漠中的测试显示磁力计如何让我们得知地下深处是否有水。 同样的,洞察号的磁力计显示,所发现的导电层或许是一个带有溶解固体物的含水层,或是冰与水层,而它的范围可能扩及整颗行星。

目前还不清楚湖泊、河流或甚至海洋这类的地表水体,在火星史上存在了多久时间。 但的确有些证据显示,现今火星地表下方拥有咸水储水层。 拉德博还说,火星地壳越往深处温度就越高。 既然有强烈的证据显示火星表面有广泛分布的冰,拥有液态水的地下含水层应该也相当合理。

但布莱恩说,魔鬼藏在细节里,得要排除所有可能导致这类磁脉冲的其他因素才行。 洞察号登陆器有个钻头,但只能挖掘到地面下方约5公尺的深度,因此科学家可能得要藉由其他方法──或许是未来的火星任务──来检验这个地下水层的推论。

布莱恩补充说明,无论火星含水层存在的理论被证实或推翻,包括磁场数据在内的洞察号测量结果无疑都具有相当重要的价值。 我们所派去的这位机器特使虽然只是驻扎在埃律西昂平原(Elysium Planitia)的某个定点,但它一定会挖掘出深埋火星的各种惊奇事物。

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