一项新研究指出，形成火星莱奥特陨石坑的撞击产生的高温碎屑，可能融化了这颗行星表面的积雪和冰，形成了陨石坑附近由水流冲刷出的山谷。
如今的火星是一片冰封的荒漠，比南极洲更寒冷、更干旱。科学家相当确定，至少在过去30亿年里，火星一直如此。这也让一大片由水流冲刷出的山谷网络成了火星之谜：这些山谷分布在名为莱奥特的撞击坑侧翼，而该陨石坑形成于15亿至30亿年前。
如今，一组研究人员得出结论：莱奥特撞击发生时，该地区很可能覆盖着厚厚的冰层。研究人员称，形成这座直径225公里陨石坑的巨大撞击，将大量炽热岩石抛射到冰层上，融化了足够多的冰，从而冲刷出浅浅的山谷。
图中莱奥特陨石坑的高程经过夸大处理，那里有较近时期形成的水流冲刷山谷（白色条纹）。新研究指出，水来自陨石坑形成时已有的积雪和冰融化。（图片来源：David Weiss/美国国家航空航天局/布朗大学）
“根据火星历史这一时期冰沉积物可能所在的位置，以及莱奥特撞击抛射物落到冰盖上可能产生的融水量，我们认为这是这些山谷形成最合理的情景，”布朗大学近期获得博士学位的David Weiss说。他是该研究的第一作者。
Weiss与导师、行星科学教授Jim Head，以及同为研究生的Ashley Palumbo和James Cassanelli共同撰写了这项研究，该研究发表于《地球物理研究快报》。
有大量证据表明，水曾经在火星表面流动。在多个地点都发现了类似莱奥特山谷的水流冲刷山谷网络。古代湖泊系统也有证据可循，例如盖尔陨石坑的湖泊系统，美国国家航空航天局的“好奇号”火星车目前正在那里开展探测；还有杰泽罗陨石坑，下一辆火星车可能会在那里着陆。
然而，这些与水有关的地表特征大多形成于火星历史的极早期——也就是诺亚纪和赫斯珀里亚纪，这两个时期分别于约40亿年前和30亿年前结束。从约30亿年前至今，火星一直处于一个极度干旱的时期，称为亚马逊纪。
因此，莱奥特的山谷网络是较近期地表水活动的罕见例子。科学家将陨石坑本身的年代定为亚马逊纪，而山谷网络似乎形成于撞击发生时或稍后。于是问题来了：在干旱的亚马逊纪，所有这些水从何而来？
科学家提出了多种可能的解释，研究人员着手考察其中几个主要假说。
例如，一种可能的解释是，莱奥特撞击发生时，当地可能有一座巨大的地下水库。撞击释放出的水可能沿陨石坑外围涌到地表，冲刷出山谷。但研究人员称，根据地质证据，这种情景不太可能。
“如果这些山谷是由深层地下水涌出形成的，那么水也会流入陨石坑内部，”Weiss说。“我们没有看到任何证据表明陨石坑内曾有水。”
研究人员还考察了莱奥特撞击后短暂的大气效应的可能性。如此规模的碰撞会使大量岩石汽化，并将一股蒸气羽流送入空中。当这股高温羽流与寒冷大气相互作用时，可能会产生降雨；一些科学家认为，雨水可能冲刷出了这些山谷。
不过，研究人员得出结论，这种解释似乎也不太可能。与羽流有关的任何降雨，都会发生在岩质撞击抛射物沉积到陨石坑外之后。因此，如果山谷是由雨水冲刷形成的，理应能看到山谷切穿抛射物层。但莱奥特抛射物层上几乎没有山谷。
相反，Palumbo说：“绝大多数山谷似乎从陨石坑外围的抛射物层下方延伸出来，这让雨水形成山谷的假说受到严重质疑。”
于是，研究人员转而认为，莱奥特山谷是由融水冲刷形成的；这些融水产生于高温抛射物与冰封地表相互作用之时。
根据火星气候历史模型，如今主要被困在火星两极的冰，曾经常常迁移到莱奥特所在的中纬度地区。证据也表明，撞击发生时该地区确实存在冰盖。
其中一项证据是莱奥特次生陨石坑数量稀少。大型撞击会将大块岩石抛入空中；这些岩石落回地表时会形成次生陨石坑，在主陨石坑周围留下零星的小坑。研究人员称，莱奥特的次生陨石坑远少于预期。
他们认为，原因在于莱奥特的抛射物没有直接落到地表，而是落在厚厚的冰层上，因此没有凿刻冰层下方的地表。根据莱奥特北侧的地形，研究团队估计冰层厚度可能在20至300米之间。
莱奥特撞击会将大量岩石喷射到冰层上，其中一些岩石的温度会达到华氏250度或更高。研究人员利用这一过程的热模型估算，这些高温岩石与地表冰盖相互作用，会产生数千立方公里的融水，足以冲刷出莱奥特的山谷。
“这表明，即使不需要大气变暖，也不需要液态地下水，火星上仍能产生大量液态水，”Cassanelli说。“因此，我们认为这是解释亚马逊纪这些沟道如何形成的一个合理假说。”
Head说，同样的机制也可能在亚马逊纪之前发挥过重要作用。一些科学家认为，即使在早期的诺亚纪和赫斯珀里亚纪，火星仍然相当寒冷且冰雪覆盖。如果确实如此，那么这种融水机制也可能造就了火星上至少一部分更古老的山谷网络。
“这确实是一种值得研究的可能性，”Head说。
