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火星暖坡上的季節性流

火星暖坡季流（Seasonal flows on warm Martian slopes），也稱作重現性坡線、復發性坡線，英文簡稱「RSL」[1][2]，被認為是發生於火星最溫暖月份的咸水流，或從至少27度斜坡上下滑的乾燥顆粒「流」。

牛頓隕擊坑中的暖季流投影圖。

狹窄的流體（0.5至5米）在陡峭（25°至40°）斜坡上顯示的相對較暗印跡，它在暖季出現並逐漸增長，在寒季則逐漸消失。對該現象現提出的主要解釋是地表附近的液態滷水活動[3]，或是硫酸鹽和氯鹽之間相互作用產生的滑坡[4]。

概述

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研究表明，過去存在於火星表面的液態流水[5][6][7]，曾形成了大片與地球海洋相似的區域[8][9][10][11]。然而，問題是如今這些水都去哪裡了[12]。

2005年發射的「火星勘測軌道飛行器」（MRO）是一艘多用途航天器，由噴氣推進實驗室（JPL）管理[13]，旨在從軌道上對火星進行觀測和探索 [14]。該探測器上的高分辨率成像科學設備相機正處在對火星暖坡季流研究的最前沿，它通常每數周一次拍攝密切監測區的圖像，以記錄、跟蹤火星的特徵變化[15]。2001火星奧德賽號軌道飛行器使用光譜儀和熱成像儀探測過去或現在水和冰的證據也超過16年了[16][17]，一直未發現過任何火星暖坡季流的證據，但2015年10月5日，在好奇號漫遊車附近的夏普山報告了可能存在火星暖坡季流[2]。

特徵

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牛頓隕擊坑內斜坡上暖季流(video-gif)。

重現性坡線（RSL）的突出特徵包括形成於暖季向陽坡上、緩慢漸進地增長以及每年的消退和重現[18]，顯示出與太陽產生的升溫有強烈的相關性[18]。重現性坡線經常伴隨寬約0.5至5米（1英尺8英寸至16英尺5英寸）、長數百米的小沖溝，從基岩露頭向下延伸，其中部分位置顯示有超過1000條的單根流線[19][20]。重現性坡線的發展速率在每季開始時最高，然後緩慢地伸長[21]。在南半球，重現性坡線春末夏初時節出現並延伸在南緯48到32度，面朝赤道的斜坡上，那時的山坡地表溫度最高從攝氏−23°升至27°。活躍的重現性坡線也出現在赤道地區（0度-南緯15度），最常見於水手谷槽溝中[21][22]。

研究人員使用火星勘測軌道飛行器上的火星專用小型偵察影像頻譜儀勘測了明顯有流體跡象的斜坡，儘管未發現表示有水存在的光譜證據[19]，但該儀器直接拍攝到了被認為是溶解於地下滷水中的高氯酸鹽[3]，可能表明水到達地表後被迅速蒸發，只留下鹽了。表面變暗和變亮的原因尚不清楚：滷水（鹽水）引發的流動可能會重新排列顆粒或改變表面粗糙度，從而使外觀變暗，但在溫度下降後，特徵重新變亮的原因卻更難解釋[13][23]。然而，在2018年11月，公布了一批由影像頻譜儀繪製的代表明礬石、硅藻土、蛇紋石和高氯酸鹽礦物的額外像素[24][25]。儀器分析小組發現，當探測器從高亮區切換到陰影區時，過濾步驟造成了一些誤報[24]。據報道，代表高氯酸鹽的0.05%像素，現在已知是該儀器產生的一個錯誤高估值[24]。斜坡上鹽分含量的降低，減少了鹽水存在的可能性[25]。

假設

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現已對重現性坡線的形成提出了許多不同的假設。季節性、緯度分布和亮度變化等強烈表明該現象涉及揮發性物質，如水或液態二氧化碳。一種假設是，重現性坡線可能是夜間霜凍的瞬間加熱所導致[18]；另一種假設提出了二氧化碳流，但發生流動的環境對於二氧化碳霜（CO2）來說太熱，而在某些地點對純水來說又過冷[18]；其他假設包括乾燥顆粒流，但是，沒有一種完全乾燥作用可來解釋季節性流如何會在數周或數月內逐漸增長[21]；檐口雪崩（Cornice avalanches）是另一種假設，該看法是風在吹過山頂時將雪或霜聚集到崖沿，然後在升溫後形成雪崩[1] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）。淺層冰的季節性融化可能符合重現性坡線的觀測結果，但很難說明每年如何來補充此類冰 [21]。然而，截至2015年，對可溶性鹽季節性沉積的直接觀測強烈表明重現性坡線與滷水（水合鹽）有關[3]。

滷水

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涉及滷水流動（非常鹹的水）的主假說[3][19][20][26][27][28]。遍布於火星大部分地區的鹽層表明，火星以前滷水非常豐富[13][23]。鹽度降低了阻止液體流動的冰點，在觀測到的溫度下，滷水很少結冰[13]。來自2001火星奧德賽號軌道飛行器上熱輻射成像系統（THEMIS）的紅外數據允許限定重現性坡線形成的溫度條件。當溫度高於水的冰點時，可看到少量重現性坡線，但大多數看不到，很多重現性坡線出現在氣溫低至攝氏−43°（230 K）的環境中。部分科學家認為，在這些寒冷條件下，一種由硫酸鐵（Fe2(SO4)3）或氯化鈣（CaCl2）組成的滷水是形成重現性坡線最可能的模式[29]。另一組科學家使用火星勘測軌道飛行器上的影像頻譜儀數據，報告了與高氯酸鎂 (Mg(ClO4)2)、氯化鎂（MgCl2(H2O)x）和高氯酸鈉（NaClO4）[3][28]光譜吸收特徵最為一致的水合鹽證據。

實驗和計算證明，含水氯化物和氧氯鹽的潮解和水化可產生重現性坡線。然而，在目前火星大氣條件下，尚沒有足夠的水來完成這一過程[30]。

這些觀測是迄今為止科學家們在火星表面發現的最接近液態水的證據[13][23]。然而，在許多中高緯度區地表附近也發現了冷凍水。據稱，2008年，鳳凰號火星着陸器的支架上也出現了滷水滴[31]。

水源

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參見：火星水文 § 火星上的水和火星的地下水

靠近地表的液態滷水流動可以解釋這種活動，但水的確切來源及其背後的運動機制尚不清楚[32][33]。一種假設認為，所需的水可能來源於火星大氣提供的近地表吸附水的季節性波動，地表存在的高氯酸鹽和其他鹽類能夠吸附和捕獲周圍環境中的水分子（吸濕鹽）[21]，但火星乾燥的空氣是一個挑戰，它們必須能在非常小的區域內有效地收集水蒸氣，且大氣柱水汽豐度的季節變化與整個重現性坡線的活躍區域並不匹配[18][21]。

可能存在更深的地下水，並有可能在泉眼或滲漏處到達地表[34][35]，但這無法解釋那些發源自山脊和山峰頂部，廣泛分布的重現性坡線[21]。此外，在由滲水沙粒組成的赤道沙丘上也存在醒目的重現性坡線，它們不太可能來自地下水源[21]。

對火星奧德賽號中子光譜儀近地表數據的分析表明，重現性坡線場區的含水量並不比同緯度其他任何地方多。因此，作者得出結論，重現性坡線並非由大型近地表含水層所提供。根據這些數據，水汽仍可能來自深埋的水冰、大氣或地下深層的小型含水層[16]。

干沙流

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自首次觀測到重現性坡線以來，就提出了干顆粒流說，但由於該過程的季節性，這種解釋被排除在外。2017年3月，採用克努森泵吸效應（Knudsen）發表了乾燥環境下季節性觸發的首個主張[36]。作者證明，留在加尼隕石坑（Garni）28°坡壁上的重現性坡線，與乾燥顆粒崩塌的情況相一致。此外，作者還指出了濕流假設的一些局限性，例如對水的檢測只是間接性（只檢測滷水而非水）的事實，這一理論曾推翻了幹流理論。2017年11月發表的研究結論得出，這些觀測最好的解釋是幹流活動所引起[37][38][39]，並指出沒有表明有水存在的實際光譜證據[38][19]。他們的研究表明重現性坡線只存在於坡度大於27度的斜坡上，這種坡度足以使乾燥顆粒像在活動沙丘表面那樣滑落[37]。與水不一樣是，重現性坡線不會流淌在坡度小於27度的斜坡上[38]。2016年的一份報告也對重現性坡線場區可能的地下水來源提出了質疑[40]，但這篇新的研究文章承認，水合鹽可以從大氣中吸收一些濕度，含鹽顆粒水合作用的季節性變化可能導致重現性坡線顆粒流的某些觸發機制，如膨脹、收縮或水的釋放，從而將改變顆粒的內聚力，並導致顆粒下滑或「流下」山坡[37]。此外，"2001火星奧德賽號"軌道飛行器在過去十年中獲得的中子光譜儀數據於2017年12月公布，顯示在重現性坡線活動地點沒有水（氫化表土）的跡象，因此，其作者也支持短期大氣水汽潮解或干顆粒流的假說。然而，該儀器掃描寬度（約100公里）遠大於重現性坡線（約100米）[16]。

宜居性和行星保護

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這些特徵在一年中當本地溫度達到冰熔點以上時，形成於面向太陽的斜坡上。這些條紋在春季生長、夏末變寬、而後在秋季消失。由於這些特徵可能涉及某種形式的水，即使這些水對生命來說可能還是太冷或太咸，但相應的區域目前仍被視為潛在的宜居住區。因此，在行星保護建議中，它們被歸類為「不確定區域，被視為特殊區域」（即火星表面上地球生命可能生存的區域）[41]。

儘管濕流假說自2015年以來已經失去了一些基礎[24][25][37][38]，但這些地區仍然是受污染着陸器上的地球細菌最歡迎的候選地之一。好奇號探測車可以抵達一些重現性坡線，但行星保護規定阻止了探測車的近距離探測[2][42]，這也引發了一些關於是否應該放鬆這些規定的爭論[43][44]。

赤道附近的重現性坡線

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  •  
    海盜號拍攝的火星表面圖像，箭頭指示了高分辨率成像科學設備所拍攝圖像中重現性坡線的位置。
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    標註出科普剌塔斯峽谷附近特徵的地圖，箭頭指示了高分辨率成像科學設備所拍攝圖像中重現性坡線的位置。
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    HiWish計劃下高分辨率成像科學設備顯示的水手谷部分區域全景圖，方框中顯示的重現性坡線區將在下一幅圖像中被放大。
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    HiWish計劃下高分辨率成像科學設備顯示的重現性坡線彩色近景圖，箭頭指示了一些重現性坡線，扇形區可能是由過去產生的重現性坡線形成的。
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    當斜坡處於最溫暖狀態時，重現性坡線伸長。在赤道附近，重現性坡線將在北部夏季的北坡以及在南部夏季的南坡上伸長。

圖集

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    火星上的冰（白色）、鹽（紅色）和暖季流（藍色）
  •  
    牛頓隕擊坑中在夏季延伸的黑色流體。
  •  
    霍洛維茨隕擊坑斜坡上的暖季流。
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    水手谷中科普剌塔斯峽谷上的季節流。

另請參閱

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參考文獻

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外部連結s

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