火星的两幅面孔

　　中国科技网1月29日报道　月球大小的天体撞击了火星南极：苏黎世理工学院的研究人员模拟演示了为什么火星有两个明显不同的半球。

　　拥有两个不同半球的火星与我们太阳系中其他行星都不同。北半球是被熔岩填平的平坦的低地，南半球则是充满陨石坑的古老高地，而两者之间以明显的斜坡分隔。虽然关于火星起源的所谓火星半球地壳两分的理论假设很流行，但是学术界仍然没有给出确定的答案。苏黎世理工学院地球物理学家乔凡尼 利昂提出了一个新的解释，并将研究论文发表在最近出版的《地球物理研究快报》上。

　　利用计算机模型，科学家们得出一个结论：在太阳系形成早期一个大型天体撞击了火星南极。他们的模拟仿真表明这次撞击产生了巨大的能量，形成了岩浆海洋，并延伸到了今天的火星南半球。撞击火星的天体质量至少是火星的十分之一，才能够释放出巨大的能量形成岩浆海洋。岩浆最终在火星南半球固化为山区高地。

　　火山活动超过三十亿年了

　　根据模拟研究，科学家们认为撞击火星的天体由大量的铁构成，半径至少1600公里，以每秒5公里的速度撞击火星。这次撞击发生在这个红色星球形成后的400-1500万年。当时火星地壳一定非常薄，就好像大家喜欢的甜点焦糖布丁表面一层硬硬的焦糖一样，隐藏在火星地壳下面的是液体。

　　当天体撞击火星，导致火星的质量增加，尤其是铁。但这次仿真模拟研究还发现，这次撞击引发了持续30亿年的强烈的火山活动。撞击的结果，产生了大量的地幔热柱，尤其在赤道周围，这些地幔热柱迁移到了南极才终止。地幔热柱是地幔中的对流缓慢地将热从地核携带至地表。

　　在该模型中，研究人员发现，三十亿年后火星上的这些活动才平息，此后这颗红色星球上既没有火山活动也没有磁场，这与观测结果一致。

　　现实条件下火山活动与地形模拟

　　与早期的理论假设相反，即一定有一次巨大的撞击或许多次小撞击发生在火星北半球。关于火星起源最重要的理论是两个美国研究人员在1984年发表在《自然》杂志上的火星半球地壳两分原理。而在2008年另一个研究团队修订了之前的理论，他们认为一个大型天体撞击了火星的北极，也将这个问题的研究论文发表在《自然》杂志上。

　　这些理论并没有让利昂信服：“相比于北半球撞击理论，我们的研究结果与火星观测的一系列结果一致，”利昂说。火星上的火山分布很不均衡：南半球火山多，北半球却很少见。“我们的模型描述情况与火星上火山分布的实际情况基本一致，”利昂声称。根据研究人员的说法，之前没有其他模型描述或解释过这种火山分布情况。

　　他们的模拟研究也可以用及其现实的方式，复制两个半球不同的地形，利昂说。根据撞击天体的组成，选择一个大小和形状都非常完美的代表。撞击火星的天体80%由铁构成，研究者模拟撞击选择的天体是纯硅酸盐岩石，模拟结果产生的图像与火星半球地壳两分原理的结论不一致。

　　磁场打破平衡

　　最后，苏黎世理工学院的研究人员利用开发的模型确定了火星磁场不复存在的日期。根据模型计算大约41亿年前火星磁场消失，这与之前其他科学家的计算结果一致。这个模型还演示了火星磁场为什么消失：受到撞击后，从地核中流向地幔和地壳的热流急剧减少。10亿年后，热流只有初始值的十分之一，这不足以维持火山活动。该模型模拟结果与之前矿物学研究的结果相符合。

　　利昂解释说，火山活动与热流相关，虽然在这次模拟中，火山活动的程度不同，这个活动受到撞击强度的影响。还与撞击火星的天体的大小与成分相关。换句话说，撞击天体越大，火山活动越剧烈。

　　利昂越来越清楚地认识到，火星一直是一个“充满敌意”的星球，他认为火星上几乎不可能有过水。“从一开始，这个星球的特点就是高温和剧烈的火山活动，这足以蒸发掉任何可能存在的水，生命也及不可能出现，”利昂说。