火星快報!鳳凰號探測器發現生命必備要素——氯酸鹽!


火星探索一直是人類孜孜不倦地目標,根據美國國家航空航天局(NASA)鳳凰號(Phoenix)和維京號(Viking)著陸器以及“好奇號”(Curiosity)漫遊者號(rover)此前的發現所做的新實驗,如果火星表面存在液態水,它極有可能以氯化鎂鹽的鹽水混合物的形式存在。

火星快報!鳳凰號探測器發現生命必備要素——氯酸鹽!

早前,科學家研究了已知存在於火星上的水與鹽的混合物,以找出火星表面最有可能是液體的物質。實驗比較了鹽溶液的蒸氣壓和吸水能力。結果表明,與氯化鈉或氯化鉀混合的水相比,氯化鎂水在火星上蒸發或凍結的可能性更小。

物質的“三相點”是它在氣、液、固三相共存時的溫度和壓力(可使一種物質三相(氣相,液相,固相)共存的一個溫度和壓強的數值)。對於水來說,三相點是在0.01攝氏度(32華氏度)和6.12毫巴,即地球表面大氣壓力的0.6%。換句話說,我們可以想象在三相點上有一桶水,水以冰的形式存在於一層液態水上,水蒸氣就在昇華或蒸發出來的冰的上方。與冰接觸的蒸氣對冰施加壓力,我們稱之為蒸氣壓。

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雖然在火星的一些赤道地區,最適宜的條件是水的三相點以下,但在地球的其他地方,溫度通常遠低於三相點。當大氣壓力低於液體的蒸氣壓時,液體就會蒸發。在稀薄的火星大氣層下,純水會迅速蒸發,火星大氣層大約是地球大氣層的1%。然而,鹽溶液不容易蒸發或凍結,因此在火星上更有可能保持液態。

瞭解哪些鹽和水的混合物最有可能保持液態,可以幫助我們找到在這個紅色星球上液態水存在的證據,從而可能找到生命存在的證據。

鹽溶液是吸溼的,這意味著它們善於吸水。某些鹽類甚至可以吸收火星上少量的水。在火星上發現了許多不同種類的鹽,如氯化物、硫酸鹽、氯酸鹽和高氯酸鹽。根據各種著陸器和漫遊者任務的數據,火星表面到處都可以找到這些東西。

2008年,鳳凰號著陸器上的熱演化氣體分析儀(TEGA)是其機載溼化學實驗室的一部分,在火星北極地區的土壤樣本中發現了濃度為0.4 - 0.6%的高氯酸鹽。這使得科學家們重新分析了1970年代海盜登陸任務的土壤樣本數據。

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新的分析表明,維京登陸者發現土壤中含有濃度小於或等於0.1%的高氯酸鹽。2013年,“好奇號”漫遊者在火星(SAM)儀器上的樣本分析中,在蓋爾隕石坑(Gale Crater)內的洛克尼斯特(Rocknest)土壤樣本中發現了高氯酸鈣。

最近,美國宇航局火星勘測軌道飛行器上搭載的小型火星勘測成像光譜儀(CRISM)儀器在反覆出現的斜坡線內檢測到了高氯酸鎂、氯酸鎂和高氯酸鈉。這些條紋是在溫暖的火星季節沿著斜坡向下延伸的,有一段時間,人們強烈認為它們是由流動的水產生的。由於鹽,稀薄的大氣和寒冷的溫度,任何這樣的水都可能是鹹的而不是純的。儘管現在的結果表明,乾燥物質的流動以某種方式產生了這些條紋,但水仍然有可能以液體的形式存在於火星表面的某個地方。

華盛頓大學的喬納森·託納和大衛·卡特林發現土壤樣品中可能含有硫酸鎂、高氯酸鎂、高氯酸鈉、高氯酸鉀、氯化鈉和碳酸鈣。

在他們最新的研究中,碳粉和凱特琳從這些鹽中提取溶液。他們發現,在所有的鹽水混合物中,氯酸鎂溶液的蒸汽壓最低。這意味著它最不可能蒸發或凍結,最可能吸收火星大氣中存在的任何低水平的水分。

那麼,為了在火星上找到液態水,科學家是否應該只尋找富含氯酸鎂的地方呢?

託納說:“火星土壤中存在的任何鹽都可能是一種鹽混合物,因此測量這些混合物的性質非常重要。”根據鳳凰號著陸器測量到的土壤化學成分,託納說,鈉和鎂氯酸鹽混合物最有可能,而鈣氯酸鹽混合物不太可能被發現。

“在火星上,氯酸鹽可能比高氯酸鹽豐富得多,”託納補充說。“我們的結果表明,氯酸鹽可能比高氯酸鹽通過潮解形成水的能力更強。”吸收水分並溶解在其中和冰融化。

這些鹽水中是否有足夠的水來維持微生物的生存?對在高氯酸鹽和氯酸鹽溶液中生長的極端微生物的研究表明,微生物可以在火星上可能存在的鹽水中生存。科學家在研究中發現,幾種耐鹽的耐鹽細菌能夠在高濃度的氯酸鹽中生長。


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