簡介：科學家一直試圖弄清被稱為“火星上的蜘蛛”的奇怪外星圖案的背后是什么?？茖W家們使用一片二氧化碳冰（也稱為干冰）和一臺模擬火星大氣的機器，成功地在實驗室中重建了縮小版本的蜘蛛。當冷冰與溫度更高的火星狀沉積物接觸時，部分冰立即從固體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w（稱為升華過程），形成蜘蛛狀裂縫。

2018年5月13日，美國國家航空航天局的火星偵查號航天器在火星南極抓拍到了下方這張照片，火星的這一片區(qū)域顯示有類似蜘蛛形狀的圖案。【圖片來源：美國國家航空航天局】

圖一、衛(wèi)星照片——火星極地蜘蛛形地貌

歌手大衛(wèi)·鮑伊在他的專輯《齊格·星塵》的同名歌曲里曾寫到齊格彈奏著吉他，和他的朋友們在一起，還有那火星上的蜘蛛?，F(xiàn)如今英國的科學家們正試圖利用干冰來研究這個真正拍攝自火星的“蜘蛛”圖案背后隱藏的涵義。

當然，衛(wèi)星照片上顯示的近乎詭異的圖案肯定不是真正的蜘蛛，這是一種火星上特有的地貌，發(fā)現(xiàn)于大約二十年前。因為其發(fā)散的分支以及黑色的陰影，近期才被被研究者們命名為蜘蛛狀輻射丘。

這些巨大的圖形邊界跨度達到3300英尺（1公里），地球上完全找不到類似的東西或現(xiàn)象。但是科學期刊在2021年3月19日發(fā)布了一篇文章，文中提及根據(jù)最新的研究表示，科學家們已經(jīng)在實驗室利用一塊干冰以及火星氣候仿真機器成功模擬出了該現(xiàn)象的縮小版。當溫度偏低的干冰塊與溫度相對高的火星表層沉積物（模擬物）接觸時，干冰會從固體狀逐漸氣化（這一現(xiàn)象被稱之為升華）。升華后的氣體從干冰中釋放時催生了若干裂縫，形狀酷似蜘蛛。該文章的首席作者同時也是英國開放大學的行星科學家勞倫·麥克考溫表示：“該項研究首次通過試驗證明了火星極地的地貌變化過程。通過航天器拍攝到的這個蜘蛛形地貌可以直接通過干冰升華過程進行模擬復制?！?/p>

圖二、實驗室模擬的火星地貌模型

上圖是實驗室模擬出來的“蜘蛛形”地貌模型，如同拍攝到的火星地貌一樣，那些地丘的深度由中心向外越來越淺?！緢D源：科學期刊】

根據(jù)美國國家航空航天局的數(shù)據(jù)顯示，火星的大氣中含有高達95%的二氧化碳，而火星兩極地帶在冬季形成的冰霜物質(zhì)也是由二氧化碳組成的。在2003年的一項研究中，有學者們曾假設(shè)火星上的蜘蛛形地貌可能形成于春節(jié)，陽光透過透明的干冰層照射到下層的土壤，升溫后的土壤使得干冰從底層開始升華氣化，即干冰逐漸由固體轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，氣體的逐步釋放導致了底層壓力不斷升高直至最終上層的干冰形成裂縫。積壓許久的氣體從這些裂縫中不斷噴涌而出，最終形成了能被我們觀測到的蜘蛛形地貌。

直至此次研究之前，科學家們都未曾找到方法在地球環(huán)境中來驗證這個理論，因為地球的氣候特征與火星完全不同。而此次，英國開放大學的科學家們設(shè)計出了一個火星氣候模擬艙，并在艙內(nèi)鋪放了厚厚一層的砂粒，在不同批次的試驗中使用了不同顆粒度的砂粒。這個模擬艙同時還安裝有一個抓握工具，可以將干冰塊臨時懸掛于砂粒層之上?？茖W家們首先調(diào)整艙內(nèi)的溫度壓力等參數(shù)來模擬火星上的氣候，然后再將干冰塊緩慢放置到砂粒層上。

圖三、實驗裝備——火星氣候模擬艙

圖四、實驗艙內(nèi)部架設(shè)

此次的研究實驗證實了這個關(guān)于蜘蛛形地貌形成的理論是有效可靠的。實驗過程中可以發(fā)現(xiàn)，無論砂粒的顆粒度是大是小，干冰的氣化升華始終都是從底層與砂粒的接觸面開始的，隨著氣體的不斷釋放，由下而上逐步產(chǎn)生蜘蛛腿形狀似的裂紋。據(jù)科學家們表示，當砂粒越細時蛛腿狀裂紋越多，當砂粒越粗時裂紋越少。

雖然并未最終確定，但是這次的研究首次通過試實驗復制出了類似的火星蜘蛛地貌，這是一項具有非凡意義的科學成就。

BY: Brandon Specktor

FY: Connie彥

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