科学家们拼凑出火星上古老海洋的海岸线

长期以来,科学家们一直怀疑火星在其古老的过去曾经温暖而潮湿。 这 火星海洋假说 说这颗行星大约在 40 亿年前是大海洋的家园。 海洋充满了 北欧风 位于地球北半球的盆地。 该盆地比火星平均海拔低 4-5 公里(2.5-3 英里)。

新的火星地形图强化了这一假设并增加了更多细节。

发表在《地球物理研究杂志:行星》上的一项新研究展示了这张新地图。 该研究是“基于 Aeolis Dorsa 三角洲沉积学的火星海洋边缘古地理重建,”第一作者是宾州州立大学地球科学助理教授本杰明·卡德纳斯。

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这张地图的重点是火星上一个非正式地命名为 Aeolis Dorsa 的区域。 Aeolis Dorsa 是火星北半球的一个槽状区域,宽约 500 公里,长约 900 公里(宽 300 英里,长 560 英里)。该地区的东部和西部是 2 公里(1.25 英里)高的平原,命名为 Zephyria Planum 和 Aeolis Planum。 南部是陡峭的斜坡,一直延伸到南半球。 该地区位于盖尔陨石坑以东约 750 公里处,MSL 好奇号正在这里进行探索。

该研究的这个数字是火星轨道器激光高度计衍生的地形图,显示了 Aeolis Planum 和 Zephyria Planum 之间的 Aeolis Dorsa。 这些特征位于高南半球和低北半球之间的边界。  Aeolis Serpens 是火星上最长的古老河床,被绘制成一条黑线,延伸 900 公里,穿过 Aeolis Dorsa。  MSL 好奇号正在向西约 750 公里的盖尔陨石坑(未标记)工作。 图片来源:NASA/Benjamin Cardenas/宾州州立大学。
该研究的这个数字是火星轨道器激光高度计衍生的地形图,显示了 Aeolis Planum 和 Zephyria Planum 之间的 Aeolis Dorsa。 这些特征位于高南半球和低北半球之间的边界。 Aeolis Serpens 是火星上最长的古老河床,被绘制成一条黑线,延伸 900 公里,穿过 Aeolis Dorsa。 MSL 好奇号正在向西约 750 公里的盖尔陨石坑(未标记)工作。 图片来源:NASA/Benjamin Cardenas/宾州州立大学。

这组作者说,Aeolis Dorsa 地区是一个古老海洋的海岸线。 该地区包含超过 6,500 公里(4,000 英里)的河流脊,是火星河流脊最密集的区域。 河流脊是由流动的水雕刻而成的细长槽,很可能是被侵蚀的河流三角洲或海底通道带。 研究人员使用从不同角度拍摄的该区域的轨道飞行器图像来重建地形。 地形表明存在 35 亿年历史的海岸线。 该地区有超过 900 米(2950 英尺)深的沉积物,后来被不同程度的侵蚀。

地形图帮助研究人员显示了大约 35 亿年历史的海岸线的确切证据,该海岸线具有大量沉积物堆积,至少 900 米厚,覆盖数十万平方公里。 信用:本杰明卡德纳斯/宾夕法尼亚州立大学。 创作共用
地形图帮助研究人员显示了大约 35 亿年历史的海岸线的确切证据,该海岸线具有大量沉积物堆积,至少 900 米厚,覆盖数十万平方公里。 信用:本杰明卡德纳斯/宾夕法尼亚州立大学。 创作共用

作为他们研究的一部分,作者将 Aeolis Dorsa 的 6,500 公里(4,000 英里)河流脊组织成 20 个系统。 作为河流三角洲或海底通道带的侵蚀残余物,它们定义了古代海洋边缘的边缘。

研究中的这张图显示了作者怎样将 Aeolis Dorsa 的河流脊分为 20 个网络。 这些网络按照山脊顶部的中值高程递增的顺序编号,其中 19 是最高的。 "作为" 标记名为 Aeolis Serpens 的功能。 图片来源:本杰明卡德纳斯/宾夕法尼亚州立大学。
研究中的这张图显示了作者怎样将 Aeolis Dorsa 的河流脊分为 20 个网络。 这些网络按照山脊顶部的中值高程递增的顺序编号,其中 19 是最高的。 “AS”标志着名为 Aeolis Serpens 的功能。 图片来源:本杰明卡德纳斯/宾夕法尼亚州立大学。

Aeolis Dorsa 是 沉积盆地,科学家通过研究地球知道这些盆地拥有多少地质信息。 这些盆地包含地质时间尺度上的沉积物沉积记录,科学家将其称为“地层序列”。 在地球上,沉积盆地也拥有大量资源。 在这些盆地中发现了地球上的煤炭、天然气和石油。

火星不会有这些资源,但盆地包含地质时期的地层记录。

“Aeolis Dorsa 的岩石捕捉到了一些关于海洋是什么样子的迷人信息,”主要作者 Cardenas 在新闻稿中说。 “这是动态的。 海平面明显上升。 岩石正以极快的速度沿着盆地沉积。 这里发生了很多变化。”

地层学在这项研究中发挥了至关重要的作用。 地层学是对岩石层的地质研究。 自 1669 年天主教神父尼古拉斯·斯泰诺 (Nicholas Steno) 建立其理论基础以来,它就一直存在。 它是了解地球历史的关键组成部分; 科学家们用它来长期跟踪水道的变化。 地层记录包含地球气候变化和生命演化的记录。

只有在火星上寻找沉积盆地来寻找有关该行星历史的线索才有意义。 水对于我们了解火星及其古老的宜居性至关重要。 地层学是研究人员怎样理解随着水位变化导致海岸线前进和后退的所有沉积物怎样随着时间的推移而堆积起来的。

“通过根据地层位置和古流向对地貌进行分组,我们重建了
Aeolis Dorsa 的古地理超过 5 个时间步长; 所有情况都与现代地形不同,”作者在他们的论文中解释道。 “我们在海平面上升至少 900 米期间跟踪了海岸线的初始回归和后来的海侵,这一尺度与温暖潮湿的早期火星上的北部海洋一致。”


在某种程度上,这些发现并没有太多令人惊讶或奇特的地方。 当水在行星表面移动时,这就是它留下的证据。 但这就是火星,甚至在几十年前,火星海洋假说也有争议的一面。 当维京人的轨道飞行器捕捉到火星上看起来像海岸线的图像时,有人反对。

维京人发现了数千公里长的海岸线,但来自火星全球勘测者的轨道数据发现它们的高度上升和下降了几公里。 地球上没有这样的东西,怀疑论者指出了这一点。 然后一个 2007 年的论文 表明火星的自转轴在过去 2 或 30 亿年中移动了近 3,000 公里。 这可能是火星海岸线海拔发生巨大变化的原因。

这就是地层学的用武之地。Aeolis Dorsa 的地层学与地球非常相似。 只是几十年前并不明显。

“我们在这里解释的地层学与地球上的地层学非常相似,”卡德纳斯说。 “是的,说我们在火星上发现了大型水道的记录,这听起来像是一个很大的主张,但实际上,这是相对平凡的地层学。 一旦你认识到它是什么,它就是教科书地质学。 当然,有趣的部分是它在火星上。”

细胞是生物的组成部分,它们需要液体。 水在细胞内提供压力,使细胞内的一切保持正确的形状。 没有适当的形式,细胞的各个部分就不能正常工作,细胞内部也没有刚性。 没有水,一切都结束了。 事实上,按质量计算,细胞中大约有 70% 是水。

所以在火星上寻找远古生命与寻找远古水是交织在一起的。 由于科学家认为地球上的海岸线可能是生命起源的地方,因此在火星上寻找海岸线作为我们寻找古代可居住性的一部分是有意义的。 这就是为什么美国宇航局的恒心漫游车正在探索杰泽罗陨石坑的沉积三角洲,而 MSL 好奇号正在探索盖尔陨石坑。

左图:2015 年由 MSL 好奇号拍摄的盖尔陨石坑的沉积岩。右图:2022 年 7 月由恒心漫游者拍摄的杰泽罗陨石坑的沉积岩。图片来源:NASA
左图:2015 年由 MSL 好奇号拍摄的盖尔陨石坑的沉积岩。右图:2022 年 7 月由恒心漫游者拍摄的杰泽罗陨石坑的沉积岩。图片来源:NASA

“好奇号火星探测器任务的一个主要目标是寻找生命迹象,”卡德纳斯说。 “它一直在寻找水源,寻找可居住生命的踪迹。 这是迄今为止最大的一个。 这是一个巨大的水体,由来自高地的沉积物喂养,可能携带着营养物质。 如果古代火星上有潮汐,它们就会在这里,轻轻地进出水。 这正是古代火星生命可以进化的地方。”

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