Mystery at Mars’s Pole Explained

1966年,加州理工学院的两名科学家对火星稀薄的二氧化碳(CO2)大气的影响进行了深思。他们的理论是,有这样的大气的火星,可能有一个长期稳定的二氧化碳冰的极地沉积,反过来,将控制全球大气压力。

加州理工学院的一项新研究表明,物理学家Robert B. Leighton (BS ‘ 41, MS ‘ 44, PhD ‘ 47)和行星科学家Bruce C. Murray提出的理论可能是正确的。

二氧化碳占火星大气的95%以上,而火星的表面压力只有地球的0.6%。Leighton和Murray的理论对火星上的气候变化有着巨大的影响,其中一个预测是,当行星在绕太阳公转的轨道上绕轴摆动时,它的大气压力会随着轴的摆动而变化,使两极或多或少地暴露在阳光下。阳光直接照射在沉积在两极的二氧化碳冰上,使其升华(物质从固态直接转变为气态)。莉顿和默里预测,随着暴露在阳光下的时间发生变化,大气压力可能会在数万年的周期中,从今天火星大气的四分之一,上升到今天的两倍。

现在,加州理工学院为NASA管理的喷气推进实验室的Peter Buhler(18年博士学位)及其来自加州理工学院、喷气推进实验室和科罗拉多大学的同事们的一个新模型提供了支持这一观点的关键证据。该模型在12月23日的《自然天文学》杂志上发表的一篇论文中进行了描述。

探索神秘的存在在火星南极的特性:一个巨大的存款的二氧化碳在交替层冰和水冰,像层的蛋糕,扩展深度1公里,一层糖霜的二氧化碳冰在顶部。这些层饼状沉积物所含的二氧化碳相当于今天整个火星大气的含量。

理论上,这种分层是不可能的,因为水冰比二氧化碳冰更热稳定,颜色更深;长期以来,科学家们一直认为,如果二氧化碳冰被埋在水冰下,它将很快变得不稳定。但是,布勒公司和同事的新模型表明,存款可能演变为一种结果组合的三个因素:1)改变地球的倾斜(或倾斜)# x27;旋转,2)水冰和二氧化碳的方式的差异冰反射太阳光,和3)大气压力的增加,发生在二氧化碳冰升华时。

通常,当你运行一个模型时,你不会期望结果与你所观察到的如此接近。但是"说,由模型确定的层厚与轨道卫星的雷达测量结果完美地吻合。

研究人员认为,这些沉积物是这样形成的:在过去的51万年里,随着火星自转轴的摆动,南极接受了不同程度的阳光,当两极接受的阳光较少时,二氧化碳冰就形成了,当两极阳光充足时,二氧化碳冰就会升华。当二氧化碳冰形成时,少量的水冰与二氧化碳冰一起被困住。当二氧化碳升华时,更稳定的水冰就会留下来并形成一层层的冰。

但是水层并没有完全密封矿床。相反,升华的二氧化碳会提高火星的大气压力,而带有二氧化碳冰的层状蛋糕会与大气保持平衡。当阳光再次开始下降时,一个新的二氧化碳冰层在水层的顶部形成,循环往复。

由于升华事件的强度通常在下降,在水层之间留下了一些二氧化碳冰——因此,二氧化碳和水冰的交替。最深处(因此也是最古老的)的二氧化碳层形成于51万年前,在最后一段极极阳光时期,所有的二氧化碳都升华到大气中。

" Buhler说,我们对火星巨大压力波动历史的测定,对于理解火星气候的演变,包括火星表面附近液态水稳定性和可居住性的历史,是至关重要的。这是布勒在加州理工学院论文的一部分。他目前在喷气推进实验室担任博士后研究员,继续这项研究。他的合著者是他的前顾问安迪·英格索尔(Andy Ingersoll)和贝瑟尼·厄尔曼(Bethany Ehlmann),两人都是加州理工学院的行星科学教授;JPL的Sylvain Piqueux;以及博尔德科罗拉多大学的保罗·海恩。

这项研究被命名为"火星大气和大量南极二氧化碳冰沉积物的共同进化。这项研究是由NASA资助的。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.caltech.edu/about/news/mystery-marss-pole-explained

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