实验揭示了每年春天火星沙丘下真正挖洞的东西

奇怪、蜿蜒的沟壑蚀刻在沙丘上火星终于放弃了他们的秘密。

新的实验表明，这些凿痕是由干冰的爆炸性升华雕刻而成的，像鼹鼠一样从斜坡上钻下来，边走边吹走沙子。新结果最终解释了火星神秘波浪线的所有奇怪特征。

“感觉就像在看电影中的沙虫沙丘,"地球科学家 Lonneke Roelofs 说荷兰乌得勒支大学。

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自从首次被发现以来，从火星沙丘上荡漾下来的沟壑一直让科学家们感到困惑早在 1999 年.最初，科学家们链接他们的形成自季节性水流.然而，正如我们现在所知，有无证据液态水流过火星表面，我们也不是可能获得任何此类证据很快。

然而，在2013年，科学家们展示了另一种解释：这些干冰可能是由二氧化碳冰或干冰雕刻而成的，当它从沙丘上滑下来时升华。

最初的实验表明，这种机制是合理的，但测试并没有重现在火星沟壑中观察到的所有特征，尤其是蛇状的蜿蜒。

罗洛夫斯和她的同事们对这种差距并不满意。在之前的工作中，他们使用了开放大学的火星密室– 模拟火星条件的密封环境 – 展示一氧化碳如何₂可以推动陡峭的火山口壁大量流出。

为了解决沟壑问题，研究人员再次转向火星室。

调整设备以模仿火星的稀薄的冷空气，该团队将干冰块投放到各种倾斜度和沙粒大小的沙坡上，并用高速摄像机记录结果。

结果表明，在陡度超过 25 度的斜坡上，冰在气垫上滑落，留下模糊的轨迹，正如之前的实验中所见。然而，当坡度较平缓时，低于 22.5 度，冰部分钻入沙子中。

当干冰被这样掩埋时，升华过程弹道喷射沙子，产生在火星沟壑中观察到的确切特征。

具体来说，这些特征——以前在地球上从未复制过——包括蜿蜒的轨道、高而明显的堤坝以及小径尽头的一个小口袋。

“我们通过模拟不同陡度角度的沙丘坡度来尝试各种方法。我们让一块 CO₂冰从斜坡顶部落下并观察发生了什么，”Roelofs 解释道.

“找到合适的坡度后，我们终于看到了结果。The CO₂冰块开始挖入斜坡并向下移动，就像挖洞的鼹鼠或沙虫一样沙丘.看起来很奇怪！

干冰是半透明的，意思是光学和红外辐射不仅从其表面反弹，但渗透到内部.然而，冰下的沙子或岩石颜色较深，这意味着它吸收了更多到达它的辐射，并将其作为热（红外）辐射重新发射。

这种热能被位于其顶部的冰块阻止逸出。随着冰的底面变暖，它会在称为升华的过程中直接转变为气体。这种无处可去的气体会不断积聚，直到它向外爆发，用很大的力将周围的沙子甩开。

为了测试他们的实验观测是否可以扩大规模以重现火星上观测到的沟壑，研究人员进行了模拟，以考虑更大的冰块和火星的引力。

他们的结果表明，升华块厚达一米（3.3 英尺），可以在这颗红色星球上抛出长达 13 米的沙子，轻松再现观察到的沟壑。结果甚至解释了为什么这些沟壑只能在细粒度的斜坡上找到：这些沟壑是该机制有效的。

火星的大气层富含一氧化碳₂;在冬季，它可以在中纬度沙丘场上形成一层涂层，冰厚可达 70 厘米。

“春天，这块冰开始变暖和升华。这些冰的最后残余物位于沙丘顶部的阴凉一侧，一旦温度足够高，块就会从那里脱落。罗洛夫斯说.

“一旦块到达斜坡底部并停止移动，冰就会继续升华，直到所有 CO₂已经蒸发了。剩下的就是沙丘底部沙子上的一个空洞。

研究人员现在想对更大的冰块和不同的沙子类型进行实验，看看当他们调整参数时会发生什么。

“火星是我们最近的邻居。它是唯一靠近太阳系“绿区”的岩石行星。这个区域距离太阳足够远，可以使液态水的存在成为可能，这是生命的先决条件。因此，有关生命起源和可能的外星生命的问题可以在这里得到解决。Roelofs 总结道.

“此外，对其他行星景观结构的形成进行研究是跳出用于思考地球的框架的一种方式。这使您可以提出略有不同的问题，这反过来又可以为我们星球上的过程提供新的见解。

该研究已发表在地球物理研究快报.

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