火星沙丘“发育不良”为哪般

  • 作者:匿名
  • 日期:2019-10-31 15:45:10
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摘要:火星沙丘地貌的首次分类在未能进行火星现场研究的情况下,在地球找到接近火星地表环境的区域,开展“类火星”研究是必不可少的手段。“这表明,在地球上研究类火星风沙地貌,如青藏高原的类火星风沙地貌,是认识火星

火星恒河峡谷沙丘巢,形状类似新月沙丘;攀登火星水手峡谷的沙丘,沙丘呈片状、新月形和网格状;火星海拉斯盆地(Mars Hellas盆地)的倾斜沙丘,是障碍物下风力堆积形成的线形和新月形沙丘。资料来源:美国航天局

火星总能唤起人们无限的遐想和探索。从小说和电影到政府或私营企业的“火探”计划,火星的关注越来越热。

十月的前十天,我国首次公开了火星探测器的“真实特征”,表明我国火星探测的准备工作已经就绪。对此,太原师范大学副教授李纪岩表达了深切的情感:“当我还在攻读博士学位时,一位太空探索领域的资深科学家曾透露,中国的火星探测器预计将于2028年发射。谁想到这个梦想会这么快实现!”

李纪岩的合作者、陕西师范大学副校长董志宝对此消息感到兴奋,率先在中国开展火星沙暴地貌研究。相关成果将为中国火星探测奠定坚实基础。

我来自地球,沙尘暴来自火星。

在经典科幻小说《沙丘》中,有一句广为流传的谚语:每次人类面对自己的渺小,对他们自己来说都是一个巨大的进步。

探索外层空间自古以来就存在。在行星中,火星在地球上的受欢迎程度已经超过了金星,金星在现代更接近地球,甚至有关于移民火星的讨论。

为什么是火星?

金星实际上比火星热得多。它的表面温度超过400摄氏度,表面压力是地球的90多倍。加上多年来暴雨和强酸雨的特点,探测器很难接近。由于距离和其他因素,其他行星更难探测到。

火星表面环境相对“友好”:白天表面可以达到27摄氏度,还可以发现流水,稀薄的大气有利于探险。这是火星更受欢迎的客观原因。

然而,中国对火星的探索和研究起步较晚。世界上最早的火星探测器于1964年成功发射,因此国外地质学家早在20世纪70年代就已经通过图像数据对火星地形地貌进行了研究。

董志宝告诉《中国科学新闻》,火星上的现代表面过程极其不活跃,没有强烈的大气对流,几乎没有流动的水。相关研究难以开展。风成地貌过程被认为是火星上最常见、最活跃的现代地貌过程,是目前获取火星环境信息最可靠的基础之一。

鉴于我国幅员辽阔的干旱地区,董智宝一直从事沙尘暴物理和土壤侵蚀的基础研究。自20世纪末成为访问学者并接触到美国宇航局相关实验室的行星地貌研究以来,他先后与国际同行和机构合作,对太空进行了最有根据的研究。

火星沙丘地貌的第一分类

在缺乏对火星的现场研究的情况下,有必要在靠近火星表面环境的地区进行“类火星”研究。

2012年,董智宝团队申请国家自然科学基金重点项目“青藏高原及其邻近地区沙漠类火星沙尘暴地貌研究”。李纪岩在这方面正式与董智宝合作。李纪岩说:“虽然差异仍然很大,但青藏高原沙漠的低温低压是地球上与火星最相似的地区。”相关成果为青藏高原沙漠研究奠定了重要基础。

此外,更重要的研究方法是利用覆盖整个火星的高分辨率遥感图像,在地理信息系统软件的支持下,了解火星沙丘地貌的形态特征,挖掘沙尘暴地貌的含义。

陕西师范大学行星沙尘暴研究所执行主任吕萍在董志宝团队中负责沙丘形成和演变动态过程的数值模拟和研究。

她介绍说,沙尘暴地貌一般分为两种类型:风蚀地貌和风成地貌。其中,风成地貌主要指各种类型的沙丘。沙丘与其发育环境有着良好的对应关系,从中可以分析火星大气运动、地表过程、环境和演化历史等丰富信息。例如,沙丘地貌的形态特征已经成为推断火星北极地表风场及其季节变化的基础。

董志宝、李超、吕萍等人在最近发表在《科学公报》上的文章《火星沙丘地貌形态调查》中首次提出了火星沙丘地貌的分类体系,并指出火星沙丘地貌的类型与地球沙丘相似,但火星沙丘的规模小于地球沙丘,这与火星应有更大规模沙丘的理论相矛盾。

他们还发现火星沙丘类型简单,以新月沙丘、新月沙丘链和横向沙丘为主要类型,而复杂和复杂的沙丘很少。线性沙丘占据了地球上一半的沙丘,但在火星上不到10%。

然而,由于地球沙尘暴地貌分类的复杂性和多样性,不同学者基于不同的考虑提出了十几个沙丘分类系统。

董志宝还提到,火星沙丘的形态参数之间的关系与地球和其他行星上的沙丘相似,但不同的相关性意味着相似的形成机制和不同的形成条件。这表明,研究地球上的火星沙暴地貌,如青藏高原的火星沙暴地貌,是了解火星沙暴地貌及其发展环境的有效途径

未解之谜

董志宝向《中国科学报》指出了一些未解之谜:火星上沙丘地貌的简单性在某种程度上与青藏高原上的沙丘地貌相似,而青藏高原上沙丘地貌的简单性则与供沙不足和形成时间短有关。这个推论适用于火星吗?

简单沙丘类型和火星上小规模的两个特点表明沙丘地貌发育不充分。然而,火星沙丘地貌发育不充分的原因是什么?发展历史是短暂的,还是不存在其他条件?这些都是值得进一步探讨的问题。

然而,火星沙丘地形研究中的许多空白,如形成历史和控制条件,正是由于缺乏现场研究和样本分析。目前,全球“火灾探测”计划正在全面展开,也许一个历史性的突破就在眼前。

李纪岩对中国计划在2020年发射火星探测器有些兴奋:“过去,我们没有获得最新的第一手数据。我们只能跟进和研究国际同行“咀嚼”味道后发布的数据,这有点令人遗憾。”

为了解开谜团,满足未来人才的需求,由陕西师范大学申请成立的行星沙尘暴科学研究所(Planetic sandross Science Research Institute)于今年9月成立,董志宝任院长。它培养遥感、地理信息、图像处理、物理等领域的跨学科人才,致力于研究太阳系行星(如地球、火星、金星和土卫六)的风成过程,为了解地外行星环境及其演化提供证据。

董志宝表示,火星沙尘暴地貌研究的下一步将是建立火星环境的数学模型。通过连续演绎和反演,研究地球和火星沙尘暴地貌的异同。“随着中国国力的提高和“火探”计划的推进,行星沙尘暴的科学研究方法和水平必将有所突破。当然,有待解决的科学问题也将得到提升。”(张南)

相关论文信息:https://doi.org/10.1360/tb-2019-0168

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