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克里斯琴森还记得,某天他在检查“热辐射成像系统”传回的最新资料时,里面就跑出了这张叫人恍然大悟的影像:“我看到一篇粘贴层,里面还有沟渠。”我就这样获得我的理论看着这张照片,他突然觉得那层粘贴上去的东西是含有大量泥土的雪——不是基于它的颜色,认识它披覆在表面上的样子。当阳光温暖了其中的泥土时,雪就从里面开始融化,雪水由于有上层的雪隔热而得以保持液态,于是刻蚀出这些沟渠。
短短六个多月内,这个诠释就登上了声誉卓著的科学期刊《自然》的封面。翻查这篇论文的地质学家麦克·卡尔。他曾领导“海盗”号探测器摄影机的操作团队,目前是“火星轨道摄影机”(MOC)小组成员之一。他写过一本书谈论火星上有水的证据(书名就叫《火星上的水》)也是粘贴层在MOC影像中首度现身之后最早对此提出报告的人之一。他看到克里斯琴森对沟渠的假说时,也只能对《自然》的编辑表示他很惭愧自己竟然没想到。
但火星表面怎么可能存在如此大面积的含土雪层呢?就像液态水一样,固态水(水冰)也只有在一定的温度和压力下才能维持稳定。如果一块冰所受的压力下降到一个程度,它就会升华,直接变成水蒸汽。以火星的现况,若把新鲜的雪放在大多数沟渠所在的纬度上,它一定会升华。既然如此,为何会有雪堆积在那里?克里斯琴森和其他人认为,答案就在于火星倾斜度的变化,也就是火星自转轴与轨道平面所夹的角度。
火星的这个角度会由于其他行星,特别是木星引力的影响,而随着时间改变,就跟地球的情况一样。极区会像点头一样上下倾斜,下倾的时候极区比较正对太阳,使得高纬度地带的夏天较热。地球点头的幅度虽然相对较小,但也足以影响冰川期发生的节奏。火星的点头幅度大得多——可以想象成不自主的抽搐,而不是表示统一的轻轻颔首而已——因此对气候的影响有时候会很剧烈。当极区朝太阳倾斜到35度左右,残存的极地冰帽到夏天就无法维持稳定。同时,较低纬度地区会变冷,而极区冰帽升华成的水蒸汽就会变成降雪落在低纬度地区。当南北极回到原位时,低纬度地区会变暖,于是积雪开始不稳定。根据克里斯琴森的说法,积雪就是在此时内部开始融化,进一步造成沟渠。
将近20年前,麦克·卡尔和科罗拉多大学的布鲁斯·贾考斯基就已首先提出,火星倾斜角的改变可能是造成极区的冰欲动的原因。这个想法现在越来越被接受——不是只有克里斯琴森引用这个观念来解释沟渠,而且他也不是第一个——原因是MOC和其他绕行火星的仪器已经看到一些表面特征,使得这个概念似乎不只是一个可能性而已。冰的证据看来很真实,而且是相当晚才出现。
布朗大学的杰克·马斯特尔德曾画过一张地图,标示出覆盖在中纬度许多地区的一层物质,他认为这是冰土混合层的残余物;这与克里斯琴森的那层粘贴物质有所关联。模拟火星大气层的电脑模型显示,过去这几百万年来,火星自转轴的倾斜可能不只一次造成水从极地移往他处,而且水量足够让火星部分地区的积雪厚达十米。马斯特尔德的同事吉姆·海德,艾姆斯研究中心的娜塔莉·卡布洛尔和美国地所的杰夫·卡盖尔等人,都指出我们曾经在同地方看见冰川遗踪——或者是看起来像冰川的东西的遗踪,而且规模差异极大。
建构火星面孔五:灵敏、节奏、液态水
没有人完全同意这些看法,有些人则是完全不认同。发现沟渠的梅林和爱杰特,对克里斯琴森的雪模式深表怀疑。但也不是说他们就认为火星还是“海盗”号所看见的静态沙漠。事实上,他们相信火星的变化甚至比它倾斜角的变化速度更快。他们的MOC摄影机揭露出位于南极冰帽的固态二氧化碳具有如“瑞士乳酪”般的孔洞,而且逐年变大。澳门说,可能再过一个世纪左右,这些洞为大气层所添加的二氧化碳就足以提升温室效应,在其他地方引发微妙的变化。
从轨道上的观察显示,目前正在发生改变的最显著证据,来自于一项可以说最不起眼的斜坡条纹。正如字面的意思,它就是一道道沿斜坡而下的条纹,看起来像平面上的污迹。学者普遍接受的解释是,这是非常浅的土崩,因为尘土滑落而露出下方颜色较深的表面。
加州理工学院的诺尔伯特·雪考费尔和欧代德·阿朗森一直在研究MOC传回来的斜坡条纹影像。他们惊讶地发现,这些条纹的数量一直在增加。每隔一个火星年,100条斜坡条纹就会增加7条,堪称火星上变化最快的表面特征之一。但条纹形成的速度还不是唯一耐人寻味的事。
根据科学家所推测的成因,你自然会以为斜坡条纹应该出现在尘土多的地方,以及相对较陡的地形上。 雪考费尔、阿朗森和同事们检视了MOC影像和MGS测得的高度数值,确认条纹分布区的确有很多尘土,且地形起伏多变。但有个地方不大合理。火星上多的是充斥着斜坡和尘土,却完全没有条纹的地区。究竟条纹区不同的地方在哪里?
出于直觉,这些科学家查看了MGS上热辐射质谱仪的读数,这部仪器记录了火星每个地方的地表温度。果然!凡是出现斜坡条纹的区域,在一年的某些时候,白天的最高温都会爬升到水的冰点以上。也就是说,在液态水有可能短暂出现的地方,似乎有什么东西会松动尘土并使之滑落。在水不可能形成的地方就没有这样的情况。这不见得能证明土崩是冰的升华、或融化和再冻结引起的。但水——或许只有一点点,似乎是一个明显的可能原因。
从19世纪末的伯西夫·洛威尔,到1980到1990年代以“海盗”号的资料为基础的理论,火星的故事几乎一向被讲述成冗长的行星衰亡史——从充满活力缓慢走向垂死边缘。洛威尔认为火星之所以布满运河是因为它的水逐渐干涸,而某个古文明为了阻止火星老化成一个无水、无生命的星球,于是挖凿运河作为最后一搏。从当时到现在人们一直相信,火山作用和地壳运动等行星活动是由内部的热能所驱动,像火星这种较小的星球必然比较大的地球冷却得更快,我们也因此错过了它的辉煌时代。
这些都对,火星已不是过去那个核心炙热,火山喷发频繁的地方了。然而尽管它本身不再像地球这般活跃,却依然保有灵敏的反应,倾斜度稍微变动一下,赤道地带的含泥水或积雪就会跟着变化,使地表明显改观。火星会发生改变不再只是遥远的过去式;相反的,这种改变几乎就发生在当代,有的每一万到10万年就发生一次,相当于地球冰期的间隔,可能还更短。火星也不再是个不断衰退的世界,而是会有节奏地再生,这样的再生可能包括偶尔出现液态水。比起“海盗”号任务以来给人的印象,现在的火星比较像是个可能有生物居住的地方。
我忍不住要觉得,称得上是第一位行星科学家的伽利略会很欣慰。在他之前,一般相信天空是完美的,亘古不变的。伽利略发现天上的万物就像地球上的一样。并非永远不变,他还说改变无所不在——而且是好事。一个不变的火星好比不变的地球一样,未免沉闷得令人生厌:如果在大洪水时代,淹没地球的水结冰了,地球变成一个巨大的冰球,从此不再有东西诞生,不再有任何改变,“他写到,我一定把它堪称宇宙间一块无用的东西。”