火星“蜘蛛”是怎么生成的？奇特地貌又有了新解释

撰文丨肖龙

蜘蛛状地貌是火星上特有的地形。关于该地形是如何形成的？为何“蜘蛛”只在火星某些地方生成？针对这些问题，科学家提出了多种假设。最近，科学家或许找到这个谜团的答案。

火星表面的蜘蛛状地貌是由火星探测器观察到的特殊地形。2000年代初，欧洲航天局的火星快车号（Mars Express）探测器首次拍摄到了这种地形的高清照片。

在拍回来的照片上，可以非常清楚看到这些形似蜘蛛的地形。这些蜘蛛状结构形态非常独特。它们通常以一个中心为起始点，向外延伸出多条细长的辐射状分支，酷似蜘蛛。每个分支结构从头到尾可以延伸几百米到千米以上，还会“伸出”数百条纤细的“腿”。颜色方面，这些地貌通常与周围的红色或褐色火星地表形成对比，因为它们表面可能积有挥发后的明亮霜冻物质，因此有时呈现较浅的色泽。

而且，这些“蜘蛛”地貌通常都是“成群结队”地出现。

有趣的是，这类地貌在地球上却没有发现，是火星所特有的。那么，形成这种特殊地貌一定和火星所特有的环境有关。针对这一谜团，科学家提出了多种成因假设，包括：

一是干冰升华：认为，它们是由于干冰（就是固态的二氧化碳）在冬季覆盖在火星表面，然后随着气温回升，干冰在春天升华（从固态直接变成气体），这过程中积聚的气体压力通过裂缝释放出来，从而形成这种辐射状的沟槽。

二是冰夹杂物融化：另一个假设认为，这些地貌可能是由于火星表面下方的冰夹杂物融化，并通过地表裂缝或通道流出，造成这些辐射状的图案。

三是水蚀作用：有些科学家提出，蜘蛛状地貌可能与过去火星上存在的液态水流动有关，虽然这种理论仍有争议。

其中干冰升华一种被普遍接受的理论，但是也一直没有得到实验的验证。

最近，有科学家团队通过模拟实验验证了蜘蛛地貌的干冰升华假设。

他们具体是怎么做的呢？

在《行星科学杂志》上发表的一篇新论文中，美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室科学家详细介绍了他们的实验研究。他们首次在地面实验室模拟了火星温度和气压，试图在这种条件下重现蜘蛛结构的形成过程。

我们知道，火星表面气压极低，温度低至零下100多摄氏度。为了模拟火星条件，科学家使用了“冰环境真空下脏污模拟测试台”（DUSTIE）”。这是一个酿酒桶大小的，由液氮冷却打造的模拟火星环境测试室，后面我们简称它为“测试室。

他们首先将火星土壤模拟物放入一个浸没于液氮的容器中冷却，然后将其放入测试室，再将二氧化碳气体流入测试室，二氧化碳在3—5个小时内就会从气态凝结成干冰。当生成具有合适特性的冰层后，他们就在模拟物下方的测试室内放置加热器来加热并使模拟土壤开裂。经过等待，这些黑色粉状物质最终喷发出二氧化碳气体。

为什么要这样设计实验呢？这是同时考虑到了火星表面的环境温度变化和大气成分以二氧化碳为主的特点。温度变化主要是季节变化所导致的，夏天时光照会加热含冰层，导致干冰的升华。

那么，究竟该如何解释火星“蜘蛛”的形成过程呢？

科学家发现，当阳光穿透火星表面每年冬季积聚的透明二氧化碳冰层时，光线会直接穿过透明的干冰层加热下面的土壤。为什么会这样呢？这是由于土壤的颜色比其上方的冰层更深，因此会吸收热量，导致最靠近它的冰层直接变成二氧化碳气体，而无需先变成液体，这一过程称为升华（一种从固态直接变为气态的过程，与干冰产生“烟雾”云团相同）。在这个实验中，是通过从下面加热土壤来代替阳光照射加热的。

随着干冰的不断升华，冰下的气体压力也会增加，最终导致上面的冰层开裂，使气体逸出。在气体向上渗透的过程中，它会带起一股来自土壤的黑色尘埃和沙子，并落在冰层表面。

根据该理论，当冬季转为春季，剩余的冰层发生升华时，这些小喷发留下的便是蜘蛛状痕迹。如果此时刮风或有沙尘暴的话，暗色的沙尘会降落在下风一侧，这在一些蜘蛛地貌上也很常见。

总体来看，这一实验初步验证干冰升华是可以形成蜘蛛地貌的。

不过，关于火星“蜘蛛”的形成仍有许多问题无法在实验室中得到解答。

例如，为什么它们在火星的某些地方形成，而在其他地方没有形成？如果它们是由季节变化造成的，那为什么它们的数量和大小似乎并没有随时间的推移而增长？或许，未来更多的研究，人们可以把火星“蜘蛛”作为理解这颗红色星球一个独特窗口。