【科普园地】

◎本报记者 张佳欣

    2003年，科学家在火星轨道飞行器拍摄的图像中发现了许多形似蜘蛛的结构，遍布火星南半球，令人惊讶不已。至于这些地质特征是如何形成的，一直难以确定。

    这些巨型结构形态鲜明且独特。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逾1公里，还会“伸出”数百条纤细的“腿”。这些“蜘蛛”地貌通常“成群结队”地出现，使火星地表呈现皱纹状。主流理论认为，这些蜘蛛状结构是由涉及二氧化碳冰（也称干冰）的过程形成的，这在地球上并不会自然发生。

    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。他们首次模拟了火星温度和气压，在这种条件下重现了蜘蛛结构的形成过程。

    火星极地表面气压极低，温度低至零下185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），这是一个酒桶大小的由液氮冷却的测试室。

    他们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DUSTIE测试室，再将二氧化碳气体流入测试室，二氧化碳在3—5个小时内从气态凝结成冰。一旦生成具有合适特性的冰层，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。

    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，土壤会被加热。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）。随着气体压力增加，火星冰层会开裂，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。

    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，火星“蜘蛛”能为人们理解这颗红色星球提供一个独特窗口。