研究揭开火星神秘“蜘蛛状”地貌之谜

科学家最近在实验室建造了一个密闭室模拟火星的环境，也有砂石层、干冰层。当密闭室内的温度升高，就像火星上的春季到来之时，下面的砂土从干冰缝隙中喷射而上，在干冰的表面留下一幅幅“蜘蛛”图案——研究人员以此认为，火星神秘的“蜘蛛”形地貌应该就是这样形成的。

火星轨道探测器拍摄的照片显示火星南极表面在春季到来时会出现很多“蜘蛛”图案。（NASA）

2018年，美国宇航局（NASA）的火星轨道探测器（MRO）拍摄的一系列照片显示，在冬季，火星南极地区被一层白色的干冰覆盖着，可是当春季来临的时候，这些区域便出现多个深色、放射状的图案。从高空俯视图上看起来，就像很多只蜘蛛。科学家对此不解，于是，火星众多的未解之谜里面再添新谜。

之后的几年里，科学家试着提出一些理论解释这些蜘蛛状地貌的成因，其中一种干冰升华导致这种侵蚀地貌的猜测，得到最多科学家的支持。

科学家已经知道的是，火星大气内二氧化碳含量很高，所以到了冬天的时候，足够的低温让二氧化碳变成干冰覆盖在地面上，形成一层白白的冰帽。

科学家估计，春天到来的时候，阳光透过半透明的干冰使下面的砂石升温。干冰从底部受热，发生升华现象——即从固态直接变成气态的物理过程。这个过程导致干冰承受的压力不断累积，最后裂开，下层的砂石从干冰的裂缝中喷射溢出，从而在干冰层上留下条条放射状的暗色纹路。

真的是这样吗?最近，爱尔兰都柏林圣三一学院（Trinity College Dublin）的研究组搭建了一个实验。3月19日发表于《科学报告》（Scientific Reports）期刊的研究详细描述了这项实验的过程和看到的结果。

研究人员设计了一个密闭室，里面铺上一层颗粒大小各异的砂石。研究人员先用电钻在干冰块上钻出一些洞眼模拟火星上干冰层的状态。一个机械手把干冰块悬吊在密闭室的砂石层上，实验人员将密闭室的气压降至火星上的水平，并把干冰块置于砂石表面。

他们看到了莱顿弗罗斯特效应（Leidenfrost Effect），即当一种物质接触到一个比自己的升华温度高得多的表面时，物质的周围将产生大量气体。接着，研究人员看到，干冰下面的砂石在压力的作用下，从干冰的洞眼中喷射而出，在干冰上留下了条条放射状的“泥沟”。

研究人员还注意到，砂石颗粒较小的区域，喷射导致的放射状纹路更细密;砂石颗粒较大的区域，喷射留下的纹路更稀疏。

这份研究的负责人都柏林圣三一学院地理系的伯克（Mary Bourke）表示，这是第一个用实验验证火星蜘蛛地貌成因的研究，而且，这个具有创新思路的实验方法，对研究具有类似环境的行星也有借鉴意义，比如木卫二（Europa）、土卫二（Enceladus）等。