去一趟柴達木,你就相當於四捨五入去了趟火星
2020年06月16日11:18

原標題:去一趟柴達木,你就相當於四捨五入去了趟火星

本文由《萬物》雜誌官方微信

“把科學帶回家” 提供

撰文 沈夢溪

在整個太陽系中,火星是除了金星之外離地球最近的行星,也是太陽系內與地球最為相似的行星,一直以來都是人類星際探索的熱門目標。

中國會在今年7、8月間發射我們的第一顆火星探測器“天問一號”,可能很多人都等不及想看一看由中國人自己拍攝的火星風景大圖了,但是火星與地球相隔非常遠,探測器發射後需要飛6-11個月才能到達火星。所以壞消息是,就算一切順利,我們要看到來自火星的美景至少要等到2021年了。

天問一號模擬圖 圖/新華社

當然,要是特別心急,跟著我們一起去柴達木盆地周邊雲旅遊一圈吧,去一趟柴達木,你就相當於四捨五入去了趟火星。為什麼這麼說?因為柴達木盆地及其周邊,基本上包含了火星上的主要地貌類型,而且柴達木氣候乾旱,與火星極為類似。

火星表面最具有代表性的地貌有四種,一種是撞出來的——撞擊坑,一種是噴出來的——火山地貌,一種是衝出來的——流水地貌,最後一種是吹出來的——風成地貌。除了撞擊坑之外,其他的地貌我們都能在柴達木盆地周邊看到。

火星上的撞擊坑 圖/NASA

火星上的火山 圖/ESA

火星上的流水地貌 圖/NASA

火星上的沙漠 圖/NASA

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一、撞擊坑

喜歡天文學的人都不會對撞擊坑感到陌生,無論是離我們最近的月球,還是遠一些的金星、火星,它們表面都會分佈著密密麻麻的撞擊坑。

火星上的撞擊坑 圖/flicker

很多人可能由此覺得地球很特殊,畢竟地球上現在看起來好像沒有遍地都是撞擊坑。但是我要說,這都是只是假象而已!其實地球上的撞擊坑絕不比其他星球上少,只不過由於地球上有活躍的地震、火山作用,有風霜雨雪的侵蝕作用,也有生物們的活動,在長達幾十億年時間中,撞擊坑被逐漸填平消失了。儘管如此,我們現在依舊可以在地球的某些角落看到撞擊坑的存在。

位於加拿大的曼尼古根隕石坑,大到只能通過衛星才能看到它的全貌 圖/wikipedia

位於美國亞利桑那州的巴林傑隕石坑 圖/wikipedia

只不過比較可惜的是,柴達木盆地周邊沒有隕石坑,這可能是我們這趟四捨五入的火星觀景之旅唯一的遺憾了。

二、火山地貌

火山地貌,我們都不會陌生,從長白山天池,到日本富士山,到夏威夷火山島,基本上全世界各地我們或多或少都能夠看到火山的身影。其實火山地貌並不只存在於地球上,它基本上存在於每一個像地球一樣由岩石構成的行星上。

為什麼會這麼說呢?因為在目前的宇宙形成理論中,各種岩石行星都是由小行星相互碰撞而形成,這些小行星在碰撞過程中動能轉化為熱能,加上小行星內部的放射性物質不斷釋放熱量,最終這些熱量會讓固態的岩石熔化形成岩漿。

小行星相互碰撞形成行星 圖/Pixabay

在這個理論下,基本上所有的岩石行星形成之初都是一團熾熱的岩漿球,這些岩漿球在宇宙中慢慢冷卻,最外層的岩漿最先冷卻,內層的岩漿冷卻的比較慢,當最外層的岩漿冷卻後凝固形成岩石,而內部岩漿繼續翻湧,衝出外層的岩石噴發出來就行成了火山。

冷卻中的行星 圖/imgur

火星上的岩漿,從火星形成後,一直到大約30億年前還在大規模活動,在火星的地表噴發形成大量的火山群。在火山群中,最為顯著的要數“Olympus mons”火山了,這個火山高達25Km,幾乎是地球最高峰珠穆朗瑪峰的3倍了。

Olympus mons 衛星圖 圖/wikipedia

Olympus mons 3D圖 圖/NASA

當然,在地球上都沒有這麼大的火山,更遑論柴達木盆地了,不過大的沒有,小的還是有的。在柴達木盆地以南大約120km的地方,有一處阿什庫勒火山群,這裏是中國大陸上現代火山活動最為活躍的地區,據報導,這裏的火山最近的一次活動時間在1951年。考慮到當地幹旱荒蕪的環境,我們基本上可以四捨五入的認為,火星上的火山地貌也類似於此。

阿什庫勒火山 圖/天山網

三、流水地貌

1972年,科學家們通過深空探測器“水手9號”發現了在火星表面存在乾涸的河網,隨後後續發射的大量火星探測器又陸續發現了火星表面的乾涸河床、三角洲、衝積扇等大量的流水地貌,這些發明有力說明了在火星上是存在過水流的,而且科學家們通過對火星河網的分析,推斷這些河網中的水流量極大,甚至比目前地球上的大河都要大。不過大約從30億年前開始,火星上的水就逐漸消失了,現在可能只有火星的南北極和地下存在著少量的水。

火星上乾涸的河網 圖/NASA

火星上這些乾涸的河道、河網、衝積扇等流水地貌,我們在柴達木盆地也能見到相似的景觀。在柴達木盆地周邊,圍繞著一系列的山脈,每到春夏時節,山脈中的降雪融化形成水流,一路沿山而下形成山前河流,這些河流在途中不斷分叉變小,最終消失於沙漠深處,而到了秋冬時節,冰雪融水消失,河流失去了補充,於是就形成大面積的乾涸河道,若是從衛星圖上看,這些河道構成的河網與火星上的河網真的相差不大。

柴達木盆地南緣的山前河流與衝積扇 圖/Google地圖

四、風成地貌

風成地貌是另外一種地球和火星有著極大相似性的地貌。風成地貌可以細分為風積地貌和風蝕地貌兩種。

風積地貌大家可能會很熟悉,地球上最主要的風積地貌就是沙漠,沙漠中最壯觀的景觀就是沙丘,這種景觀在地球和火星都廣泛存在,而且非常相似。

火星上的沙漠與沙丘 圖/NASA

火星上的荒漠及遠處的沙丘 圖/NASA

柴達木沙漠中的沙丘 圖/新華網

而地球上最著名的風蝕地貌要數雅丹地貌了。“雅丹”在維吾爾語中的意思是“具有陡壁的小山包”,1903年,瑞典探險家在新疆探險的過程中發現了這類奇特的地形,並用維吾爾語的發音給它取名叫做雅丹(Yardang),隨後這個名字很快被西方地質學家們使用,一直到今天。這個名字可能有點難記而且不貼切,不過我們要是知道中國古代對它的稱呼之後可能會對這種地貌理解更深刻一些,中國古代,從漢朝起,就一直把這種地貌稱為:龍城、白龍堆,因為它長這樣↓

雅丹地貌就是一些長壟狀的小土丘,叫白龍堆其實更貼切 圖/新華網

這種地貌是由風吹蝕出來的,風力攜帶著大量沙粒長時間沿著一個方向吹,這些沙粒就好像刻刀一樣,在岩層中雕刻出深深的溝壑,最終讓岩層形成了這種長壟狀的地形。

隨著我們對火星的瞭解越來越多,我們也在火星上發現了大量的雅丹地貌,它們的長相與地球上的別無二致。

火星上的雅丹地貌衛星圖 圖/NASA

在火星上能夠形成這兩種地貌是因為火星上也有風。火星上稀薄的大氣,在陽光的作用下,大氣受熱不均勻於是熱空氣上升冷空氣下降,這種空氣的對流就形成了風,這些風攜帶著微小的沙粒在火星表面肆虐,在風力較大的地方,沙粒磨蝕岩層,形成風蝕地貌;在風力較小的地方,沙粒沉積下來形成和沙漠和沙丘。

在沙塵中前進的好奇號火星探測器 圖/NASA

五、為什麼火星與地球地貌如此相似?

在這場四捨五入的旅行中,我們會發現,地球上的地貌與火星上的地貌存在著很大的相似性,這是為什麼呢?這是因為地球從來就不是一顆特殊的星球,它只是無盡宇宙中一顆普通的行星而已。

在整個宇宙中,地球只是微不足道的一顆行星 圖/UniverseToday

宇宙中所有的星體,它們都逃脫不了物理和化學規律的掌控。這些星體,在形成過程中,會在萬有引力的作用下相互吸引而碰撞在一起;在它們碰撞長大之後,會受到熱力學第二定律的影響,這個定律看名字好像很唬人,但是理解起來很簡單,那就是一杯開水放在冰箱里,它會逐漸降溫最終變成冰水,這就是熱力學第二定律的簡易解釋。

如地球一樣的岩石行星在形成之初幾乎都是岩漿球,熾熱的岩漿球就是那杯熱水,冰冷的宇宙空間就是那個冰箱,所以這些岩漿球必然會降溫,一直到它們變得跟宇宙空間一樣冷。

行星內部的岩漿也會冷卻形成岩石,火星的內核已經冷卻了,地球則因為比火星大,因此冷卻較慢一些,但終有一天地球也會變得如同火星一般 圖/Calvin J.Hamiton

在降溫的過程中,最外層的岩漿最先冷卻凝固,在凝固過程中通過化學反應釋放出水和空氣,凝固後形成的岩石則形成了行星的固態外殼。

岩漿在冷卻過程中會因為化學反應釋放出大量氣體,其中就有水蒸氣 圖/geoffmackley

當行星內部岩漿繼續活動,衝破地表的時候就形成了火山;水則沉澱在地表,形成海洋、湖泊和河流,繼而形成一系列流水地貌;空氣則因為陽光的加熱,受熱不均從而產生熱對流,這就是風和風成地貌形成的原因。

最後,用一句話來總結一下本次四捨五入的旅程:學好數理化,走遍天下都不怕。

原標題:《去一趟柴達木,你就相當於四捨五入去了趟火星》

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