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研究:冰冷的云层能使火星早期足够温暖,以应付河流和湖泊

研究:冰冷的云层能使火星早期足够温暖,以应付河流和湖泊

  

  由 芝加哥大学

  

NASA恒心漫游车在火星Jezero陨石坑内工作的插图.jpg


  NASA恒心漫游车在火星Jezero陨石坑内工作的插图。图片来源:NASA和JPL-Caltech。

  NASA坚持不懈地坚持在火星上的观点巧妙地概括了现代空间科学的一大奥秘:今天它是一颗沙漠星球,但流浪者正坐在古老的三角洲旁。

  数十年来,这种明显的矛盾一直困扰着科学家,特别是因为在火星流淌着河流的同时,它所获得的阳光不到我们今天在地球上享受的阳光的三分之一。

  但是由芝加哥大学行星科学家风筝,地球物理科学助理教授,其他世界的气候专家领导的一项新研究使用计算机模型提出了一个有希望的解释:火星本来可以有一层薄薄的冰冷,引起温室效应的高空云。

  凯特说:“我们的证据与我们从物理学和化学方面进行解释的能力之间存在令人尴尬的脱节。” “这一假设对缩小这一差距大有帮助。”

  在科学家先前提出的多种解释中,没有一个曾奏效。例如,有人认为,一个巨大的小行星的碰撞本来可以释放出足够的动能来使行星变暖。但是其他计算表明,这种影响只会持续一两年,而古老的河流和湖泊的踪迹表明,变暖可能至少持续了数百年。

  风筝和他的同事们想重新审视另一种解释:高空云,就像地球上的卷云。即使是大气中的少量云层也可以显着提高行星的温度,这种温室效应类似于大气中的二氧化碳。

  这个想法最初是在2013年提出的,但后来却被搁置了,因为风筝说:“有人争论说,只有当云具有令人难以置信的特性时,它才会起作用。” 例如,这些模型表明,水在大气中的停留时间必须长于地球上的时间,比在地球上的停留时间长得多,因此整个前景似乎不太可能。

  使用整个星球大气的3D模型,Kite和他的团队开始工作。他们发现,缺少的一块是地面上的冰块。如果有冰覆盖了火星的大部分区域,则会产生有利于低空云层的表面湿度,低空云层不会使行星非常温暖(甚至不会冷却行星,因为云层会将阳光反射到远离行星的地方)。

  但是,如果只有冰块,例如在两极和山顶,那么地面上的空气就会变得更加干燥。这些条件有利于形成较高的云层-云层更容易使行星变暖。

  模型结果表明,科学家可能不得不放弃基于我们自己特定星球的一些关键假设。

  凯特说:“在模型中,这些云团以非常不像地球的方式运转。” “基于地球的直觉建立模型是行不通的,因为这根本不同于地球的水循环,后者在大气和地表之间快速移动水。”

  在地球上,水几乎覆盖了整个表面的四分之三,水在海洋与大气和陆地之间快速而不均匀地流动,在漩涡和涡流中运动,这意味着有些地方大部分是干燥的(撒哈拉沙漠),而其他地方则湿透了(亚马逊河) )。相反,即使在其可居住性达到顶峰时,火星表面的水量也要少得多。按照凯特(Kite)的模型,当水蒸气在大气中上升时,它会持续存在。

  凯特说:“我们的模型表明,一旦水进入火星早期的大气层,它将停留在那里相当长的时间(接近一年),这为长期存在的高空云创造了条件。”

  NASA新登陆的恒心漫游者也应该能够以多种方式测试这一想法,例如通过分析卵石来重建火星上过去的大气压力。

  科学家们说,了解火星如何获得和失去温暖和大气的完整故事可以为寻找其他宜居世界提供信息。

  风筝说:“火星很重要,因为它是我们所知道的唯一能够维持生命然后失去生命的星球。” “地球的长期气候稳定性非常出色。我们想了解行星长期气候稳定性可能崩溃的所有方式,以及可以维持的所有方式(而不仅仅是地球的方式)。此任务定义了比较行星宜居性的新领域。”

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来源于:phys


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