火星上隱藏著大量灼熱的巖石——“我們發(fā)現(xiàn)火星并沒有死?！?/p>

從火星軌道勘測(cè)器上看到的“刻耳柏洛斯塹溝群”（Cerberus Fossae）。

（圖片來源：NASA/JPL加州理工學(xué)院/亞利桑那大學(xué)）

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一片與美國國土差不多寬的灼熱巖石從火星核附近升了起來，這或許是近期火星上火山活動(dòng)和地震發(fā)生的原因。

火星上的大多數(shù)火山活動(dòng)發(fā)生在火星歷史的前15億年，并且留下了許多高聳的“紀(jì)念碑”，比如太陽系最高的山峰奧林匹斯山。然而，科學(xué)家們認(rèn)為火星自那以后基本上就冷卻了，在過去30億年左右的時(shí)間里基本上已經(jīng)死亡了。但近年來，科學(xué)家們竟然看到了地質(zhì)活動(dòng)的跡象。在埃律西昂平原（Elysium Planitia）地區(qū)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)灼熱、浮動(dòng)的蘑菇形巖石柱，這個(gè)發(fā)現(xiàn)或可解釋最近發(fā)生的地質(zhì)活動(dòng)。

該研究的主要作者、美國亞利桑那大學(xué)（the University of Arizona）圖森分校的行星科學(xué)家阿德里安·布羅奎特（Adrien Broquet）告訴Space網(wǎng)站，“我們的研究表明火星并沒有死”。

2021的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在過去53000年左右的時(shí)間里火星存在火山爆發(fā)的痕跡，火星可能仍處于火山運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)火星軌道衛(wèi)星的數(shù)據(jù)顯示，火星上新發(fā)現(xiàn)了一片表面光滑、顏色較深的火山沉積物，其覆蓋面積略大于美國華盛頓州。這片沉積物在一條名為“刻耳柏洛斯塹溝群”（Cerberus Fossae）的裂縫帶周圍，該裂縫帶有800英里寬（1300公里），是一條年輕裂縫帶。這一地區(qū)位于火星赤道附近的北部凹地，也就是埃律西昂平原（Elysium Planitia），是一片相對(duì)沒有突出特點(diǎn)的平原。

此外，美國國家航空航天局的“洞察”號(hào)火星無人著陸探測(cè)器（InSight）已經(jīng)在這顆紅色星球上探測(cè)到數(shù)百次地震，其中大部分較大的地震都來自刻耳柏洛斯塹溝群周圍?？偟膩碚f，探測(cè)器的發(fā)現(xiàn)表明火星的地震活動(dòng)水平介于月球和地球之間。

在這項(xiàng)新的研究中，科學(xué)家根據(jù)埃律西昂平原的地質(zhì)、地形和重力數(shù)據(jù)開發(fā)了地質(zhì)模型。他們發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明，這片區(qū)域都位于一個(gè)地幔柱之上，這個(gè)地幔柱是從火星深處升起的熾熱巖石柱，像噴燈一樣炙烤著上面的覆蓋物質(zhì)。布羅奎特說，這股地幔柱形成于地表以下約930英里（1500公里）處，位于火星核心和地幔層之間的交界處，地幔層則是位于火星核心與地殼之間。

布羅奎特說：“我們發(fā)現(xiàn)的這個(gè)巨大的片狀物寬度相當(dāng)于美國陸地的寬度，大約2500英里（4000公里），對(duì)于火星這樣一個(gè)比地球還小的行星來說，這個(gè)面積顯得更為巨大。”

雖然這是科學(xué)家在火星上發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)地幔柱，但地質(zhì)學(xué)家們?cè)缇驮诘厍蛏习l(fā)現(xiàn)有地幔柱。例如，夏威夷島鏈?zhǔn)翘窖髽?gòu)造板塊在地幔柱上緩慢漂移形成的。

地幔柱中的物質(zhì)與周圍的巖石相比具有浮力。布羅奎特說：“它更輕，所以它會(huì)向上漂浮，類似于你見過的熔巖燈，加熱時(shí)燈中的油性物質(zhì)會(huì)上浮?！?/p>

研究人員認(rèn)為，這個(gè)新探測(cè)到的火星地幔柱其中心正好位于刻耳柏洛斯塹溝群的下方。他們估計(jì)，這片漂浮地比周圍溫度大約高95至285攝氏度（170至520華氏度）。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這個(gè)地幔柱將火星地殼推高了1.6公里，將熾熱的巖漿帶到了這顆紅色星球的表面，并引發(fā)了探測(cè)器探測(cè)到的火星地震。

“這個(gè)地區(qū)不僅有這種新的火山活動(dòng)，而且這種火山活動(dòng)只是最近重新恢復(fù)活躍活動(dòng)一部分”，布羅奎特說，“從大約1億年前算起，這一地區(qū)之前的最后一次主要活動(dòng)發(fā)生在近30億年前。所以，同樣，一定是發(fā)生了什么事情導(dǎo)致了這次火山噴發(fā)，也就是說我們發(fā)現(xiàn)的這個(gè)地幔柱?！?/p>

布羅奎特表示，他懷疑埃律西昂平原是火星上唯一一個(gè)地幔柱活躍的區(qū)域，盡管在塔爾西斯（Tharsis）之下也有可能隱藏著第二個(gè)地幔柱。塔爾西斯是火星西半球赤道附近的一個(gè)4800公里（3000英里）寬的區(qū)域，那里擁有著太陽系最大的火山，科學(xué)家們?cè)谀抢锇l(fā)現(xiàn)了最近發(fā)生的和正在進(jìn)行的火山活動(dòng)。

然而，除了地幔柱之外，塔爾西斯火山活動(dòng)可能還有其他解釋。例如，那里的地殼很厚，因此可能有熱量產(chǎn)生，這會(huì)使有那里的巖石熔化。相比之下，“在埃律西昂平原地區(qū)，我們發(fā)現(xiàn)了這片浮升物，并且知道這里的地殼明顯較薄，因此我們不得不轉(zhuǎn)向另一種可能，也就是地幔柱，來解釋這里的火山活動(dòng)，”他說。

刻耳柏洛斯塹溝群、美國與火星的大小對(duì)比。（圖片來源：NASA/JPL Caltech）

活躍的世界

以上研究結(jié)果或表明，火星是目前內(nèi)太陽系中除地球和金星之外有活躍地幔柱的第三個(gè)行星。

布羅奎特說：“我們過去認(rèn)為，“洞察”號(hào)探測(cè)器的著陸點(diǎn)是火星上最沒有地質(zhì)特點(diǎn)的地區(qū)之一，因?yàn)檫@是一個(gè)很平坦的區(qū)域，可以說就在這個(gè)行星表面的低洼處?！薄叭欢?，我們的研究表明，這個(gè)著陸點(diǎn)正好降落在一個(gè)活躍地幔柱的頭部上方?！?/p>

研究人員表示，這一新發(fā)現(xiàn)也可能對(duì)火星生命的探索產(chǎn)生影響。他們?cè)谶@個(gè)地幔柱地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了火星表面流動(dòng)液態(tài)水的最新證據(jù)。由于地球上幾乎所有有水的地方都有生命，科學(xué)家們通常將尋找外星生命的重點(diǎn)放在有水的地方。

布羅奎特說：“人們認(rèn)為火星地下仍存在水冰物質(zhì)，因此，如果這個(gè)熱柱仍在提供熱量（我們認(rèn)為是這樣），液態(tài)水袋或含水層可能存在于愛麗舍姆平原（Elysium Planitia）地區(qū)地殼的巖漿室旁邊?！薄霸诘厍蛏?，微生物會(huì)在這樣的環(huán)境中大量繁殖。因此，我想說，這個(gè)地幔柱對(duì)當(dāng)今火星生物存在的可能性有一定影響。下一步我們可能會(huì)去估算這些含水層是否存在以及它們可能在哪里?！?/p>

目前尚不清楚在這個(gè)冷卻的火星上這個(gè)新的地幔柱是如何形成的。

布羅奎特說：“一個(gè)新的地幔柱通常需要數(shù)億年才能從地幔核心附近上升到地表?！薄皬奈覀?cè)诘厍蛏系慕?jīng)驗(yàn)來看，這種地幔柱一旦到達(dá)地表，會(huì)在數(shù)千萬到數(shù)億年內(nèi)保持活躍。從地質(zhì)學(xué)角度觀察，這個(gè)地幔柱在最近形成并到達(dá)地殼底部，這是令人驚訝的。它并不是火星歷史上遺留下來的古老地幔柱。”

布羅奎特指出，科學(xué)家曾經(jīng)也認(rèn)為月球在地質(zhì)學(xué)角度上已經(jīng)死亡。他說：“因?yàn)樗捏w積小，它的冷卻速度會(huì)比地球快?！薄叭欢鞍⒉_”時(shí)代記錄的地震數(shù)據(jù)表明月球的核心是熔融的，這是一個(gè)巨大的驚喜。月球并沒有寒冷和死亡，它內(nèi)部仍然有一些熱量?！?/p>

布羅奎特說，“月球上的發(fā)現(xiàn)可以作為我們理解火星如何演化的一個(gè)范式轉(zhuǎn)變。”“目前的火星熱演化模型無法預(yù)測(cè)如此巨大的地幔柱。在未來的研究中，我們將需要采用新的演變機(jī)理和新的地質(zhì)歷史，來為這個(gè)本不該出現(xiàn)的巨大地幔柱尋找解釋?！?/p>

總之，“在一顆行星的內(nèi)部，顯然有著很多我們無法解釋的基礎(chǔ)物理學(xué)存在”，布羅奎特說，“就像我們認(rèn)為月亮已經(jīng)死了一樣?！?/p>

BY:Charles Q. Choi

FY: 樂多

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