文摘
水与氢之间可能的相关性研究(WEH)火星地下,以丹(动态中子反照率)仪器沿好奇心导线,和水化矿物表面的存在,从轨道的CRISM(紧凑火星侦察成像光谱仪)仪器在MRO(火星勘测轨道飞行器)。交叉分析地下WEH值从丹被动测量与水合矿物的分布在盖尔陨石坑表面根据专门浏览产品马赛克执行最初的20公里导线的一部分。结果,我们发现增加0.4 wt %均WEH值的表面区域的光谱特征多水合物硫酸盐。增加显示更高的表面光谱特征更加突出。类似WEH增加两个其他类型的水合矿物,例如一水化物的硫酸盐和层状硅酸盐,没有发现测试导线的一部分。多水合物硫酸盐被积淀的一部分组合盖尔陨石坑表面应该相当大的厚度,对于丹的井下中子传感测量是必要的。
1。介绍
盖尔陨石坑可能是形成在挪亚时代的晚期(约3.7 - -3.8 Ga)由于大量陨石影响(1]。其半径约为150公里,其最初被认为是深度约5公里。在其进化历史从形成到现代,可以有条件地分辨两个主要阶段(2,3]。第一阶段对应于挪亚时代的时期地球上可能是温暖和潮湿的气候温暖(或者至少与情景条件),当火星,而浓密的大气。陨石坑在这个阶段中,偶尔填满水,变成了一个湖,风化的主要岩石的底部接触碱性水环境产生层状硅酸盐(4,5]。第一阶段结束后开始的西方的后期,当火星的气候成为接近现代,稀薄的大气,干燥和寒冷的表面。第一阶段,年底盖尔陨石坑被认为是充满分层沉积存款(6]。
在第二阶段中,积淀填充盖尔陨石坑被暴露,可能被风侵蚀,创建锋利山- 5.5公里高中央丘与中央高峰时期形成事件的影响(7]。可见最低单位锋利山含有多种矿物质,表明水条件。层状硅酸盐(包括组蒙脱石、蛭石、伊利石、高岭石、蛇纹石、云母、绿泥石,通常称为粘土矿物)的光谱特征中观察到一些附近的地层单位的基础山,和含硫酸盐矿物(如无水石膏,烧石膏、石膏和黄钾铁矾)中观察到的年轻、层段高沉积单元(8,9]。这种矿物转变表明沉积物沉积的条件改变了。广阔的含硫酸盐矿物地层学与单位上覆phyllosilicate-bearing单位已经在火星全球存款岁同样认可(10]。这种矿物继承马克从挪亚时代的过渡到西方人的开始,例如,从一个相对湿和温暖的早期火星非常干燥和寒冷现代火星(8,11]。
因此,现代表面沉积物的火星盖尔陨坑代表自然记录水文进化,在沉积岩的成分和序列的研究从陨石坑底部到顶部中央丘允许披露的环境条件的变化以及地层年代学的(6]。目前,火星土壤中的地下水可能沉淀从当前稀薄的大气层形成多层膜的分子颗粒的风化层(如吸附水)和填充颗粒之间的孔隙体积(自由水冰)。虽然没有直接证据的冰,间接证据的形成霜在盖尔陨石坑表面存在12]。因此,这两种水可能存在目前在盖尔陨坑的浅层地下:水化学的形式绑定在水合矿物和水分子吸附分子在风化层。
地下的水的存在证明了盖尔陨石坑丹活跃的好奇心探测车中子传感实验机上(13- - - - - -15]。本文的结果比较分析地下水丰富,来自丹被动测量数据(16),加上表面矿物质分布数据,以CRISM机载MRO。这种分析认为允许区分哪一种地下水沿着好奇心最有可能存在于地下导线在盖尔陨石坑的底部。
2。丹沿着探测器测量导线
丹仪是一个活跃的中子探测器的感应约60厘米厚度的地下一层的14个兆电子伏脉冲中子,产生的脉冲中子generator-PNG [15]。脉冲中子产生postpulse排放或动态的中子反照率。两个丹中子计数器记录的时间配置文件postpulse总中子发射:卡通热和超热中子能源范围和CETN超热中子能量范围。
由于氢在火星地下很可能羟基或水分子的一部分,它的内容是传统测量氢的水当量(WEH)。另一方面,中子吸收地下的核的内容是由一个可测量的参数评估所谓的吸收相当于Chlorine-AEC [17]。氯被选中,因为它被认为是主要因素在火星地表中子吸收。原子能委员会考虑的价值不仅氯本身的质量分数,而且所有其他吸收地下的物质,如果它们的质量分数不同的值预测的所谓的“标准成分”的火星土壤模型(18]。
2012年8月12日在火星上丹开始操作,探测器着陆后(19]。当前的数据分析得到从那时起直到2018年11月。对应于2218溶胶和19 971米距离沿着导线。根据探测器飞行规则,丹积极操作只允许在罗孚停止。因此,估计WEH和原子能委员会基于活跃的测量可用于探测器停车位只(13]。第一20公里罗孚穿越到2218年索尔的一部分,意味着WEH和原子能委员会值发现(2.6±0.7)wt %和(1.0±0.1)wt %,分别为(13]。
虽然PNG操作只在活动会话持续15 - 30分钟停止,丹计数器都几乎不间断的工作,在探测器停止和驱动器。PNG时,中子计数器连续测量当地的中子发射。产生的地表反照率中子通量和能量谱多任务放射性同位素热电发生器和银河宇宙射线很大程度上取决于氢的存在,测量WEH,中子吸收剂,测量了原子能委员会,在地下。因此,丹给一个机会来确定WEH连续被动测量值在任何特定点探测器沿导线(以下16]。
丹被动的特别程序数据处理基于实证发现了主动和被动之间的关系数据,同时测量的总数328罗孚停止(见[16),以获得详细信息)。这经验的关系,以及知识原子能委员会,用于获取WEH值的连续剖面。个人的物理尺寸位置显示了被动中子传感表面上是直径约3米(17),所以沿着导线WEH变化的物理分辨率可以与这样的规模。
之间的距离探测器停止从几米到几百米不等。估计两个停止沿着导线之间的原子能委员会,需要做一个额外的假设为原子能委员会的规模空间变化。它是由16),使用两种方法。第一个假定远程原子能委员会(LR)比例的变化,当一个光滑插值原子能委员会的价值被认为是适用于沿路径从一站到另一个。在这种情况下,原子能委员会每一点价值两个站之间的插值数据可能来自活跃在这些停止测量。第二种方法假定原子能委员会可能不同规模的几米左右,假设一个短程(SR)比例原子能委员会的可变性。在这种情况下,原子能委员会值在每一个中间点的遍历两个站之间被认为是随机分布的整个数据集主动测量。为罗孚遍历研究的一部分,原子能委员会的平均值为所有活跃的测量发现等于(1.0±0.1)wt %。
直到2218年溶胶处理丹被动数据后,两个连续的WEH空间变异性获得3米的距离分辨率使用LR和/或SR方法(图1)。WEH值被发现从0到6.3 wt % (16]。这些数据被用于交叉分析与CRISM光谱数据产品;见下文。
3所示。CRISM数据产品与丹数据交叉分析
CRISM仪器在美国宇航局MRO飞船执行成像光谱中的可见光和近红外波长362 - 3920纳米的范围。等化学物质铁、氧化物、碳酸盐等在火星表面特征在可见光和红外光谱特征范围,区分CRISM [20.]。
当前与丹数据交叉分析,我们使用公开可用专门浏览产品马赛克(21]。CRISM团队专门为学习创造了这些数据产品的好奇心着陆点。高光谱图像空间分辨率高的约20米,不退化的噪音或增加了大气透明度,被选为源图像来创建产品。应用数学处理关键波长的反射率值与诊断或指示矿物结构表面。得到的复合材料的个人参数反映了主题矿物表面的多样性。高价值的图像平面上表示一个相对强劲的光谱特性为特定产品相比现在着陆点周围区域范围(21]。
在我们的研究中,两个专业浏览产品马赛克产品的特殊利益:“海德拉巴”和“ALT。“都是由图像在红外光谱范围,当他们描述矿物的光谱特征,被认为是与岩石相互作用形成的液态水。这两个数据产品代表等矿物的表面分布层状硅酸盐(一般Fe-smectites)和单链不饱和脂肪或是多水合物Mg-sulfates(主要是硫酸镁石和hexahydrite分别)。“海德拉巴”产品的数据显示的水分指标与关注水合硫酸盐矿物,而“ALT”数据产品关注Fe / Mg层状硅酸盐表面上。
应该考虑水化矿物,这被认为是出现在浅地下,可能不会显示通过检测表面光谱指标,因为他们可能会被灰尘覆盖或薄上层的一些不同的矿物成分。而丹感官地下1米深度,CRISM图像最外层组织的火星表面。然而,水合矿物的存款,从上到下扩散到地下都应被仪器,CRISM从轨道和丹表面。测试这种存款和映射的存在他们沿着罗孚,遍历的目标进行交叉分析,如下介绍。
4所示。丹被动数据和CRISM数据产品的交叉分析
1028 CRISM映射像素的总数,位于探测器的遍历,被选中。对于每一次这样的像素的大小约20米,平均WEH价值评估在里面根据丹被动测量数据,处理的LR和SR方法(见部分3、表1和2)。不确定性的WEH平均值来自WEH值的不确定性造成的距离间隔。
的三种类型的水合矿物,如层状硅酸盐,一水化物的硫酸盐,和多水合物硫酸盐,相对应的测试组CRISM像素被选中,这体现这些矿物的光谱特征。三组与51岁,45岁和101年CRISM像素被确定为层状硅酸盐,一水化物的硫酸盐,分别和硫酸多水合物。参考群831 CRISM像素没有光谱特征的三种类型的水合矿物也组成。
丹和CRISM数据交叉分析的方法是基于分布的均值的比较WEH值测试组CRISM像素归因于特定测试矿产的分布意味着WEH CRISM参照组的像素值。最简单的测试,平均值和样本方差的WEH测试和比较参照群体。此外,皮尔逊卡方测试用于更精确的测试统计差别。两个分布统计上被认为是不同的,如果概率的巧合( - - - - - -水平)是足够小的, 。
分布的一个发现是没有区别的WEH CRISM像素组与层状硅酸盐或一水化物的硫酸盐的参照组(表1和2)。这两种情况下的WEH估计,使用LR或SR方法, - - - - - -水平值指出一个非常好的协议WEH分布进行测试和参照群体。
另一方面,参照群体的明显的效果区别是测试组发现101 CRISM像素的光谱特征多水合物硫酸盐(图2(一个))。WEH的平均值之间的差异(0.2±0.1)wt %的LR(表的方法1)和(0.4±0.1)为SR方法(表wt %2)。根据皮尔逊卡方测试 - - - - - -的水平之间的统计巧合WEH分布测试和参照组发现远低于0.001(见表1和2)。因此,意味着WEH值测试组CRISM像素,与多水合物硫酸盐的存在有关,自信比均值WEH价值参照组的像素,而没有这种类型的矿物的光谱特征。
(一)
(b)
合理的期望,更强的表面存在的矿物的光谱特征(视为较大的RGB图像平面)中的值可能对应于较高含量的WEH地下探测到丹。检查这个假设,测试组101 CRISM像素与多水合物硫酸盐是分成两个子组。“高强度”包括的子群与亮度> 20像素的RGB图像平面。相应地,“低强度”包括的子群与亮度< 20像素。20的价值选择的分度值总组分成两个统计相等的子组。这两个子组,WEH建成的分布,及其与参考分布进行比较(表1和2)。
图3显示了测试子组WEH分布CRISM像素与“高强度”的情况下多水合物硫酸盐老LR (a)和(b)的方法。更明显转向更大的值明显WEH分布的“高强度”子群与参照群体的WEH分布相比(图3)。他们意味着WEH价值观成为等于(2.9±0.1)wt %和(3.1±0.1)wt %的LR和SR方法的情况下,分别。此外,皮尔森测试证明WEH分布的“高强度”子群CRISM像素是自信地不同于一个参照组。的值 - - - - - -水平远低于0.001(表1和2)。
(一)
(b)
节中提到的2本文,WEH的价值不是直接测量,但通过主动和被动测量数据的造型,因此,依赖于模式的。排除可能的模型依赖的影响,我们进行了类似的分析如上所述的初始参数测量中子发射。而不是WEH价值,我们使用总量的计数率的比值С卡通和超热的СCETN中子发出的表面,即F丹=С卡通/CCETN(更多细节,请参阅[16])。表中描述的结果进行分析3。的参数之间的关系F丹分布发现类似于同一WEH分布参数(表1和2)。唯一的分布F丹CRISM测试组的像素与多水合物硫酸盐的存在是自信与参考的分布不同F丹的群像素没有水合矿物的光谱特征。所以,人认为多水合物硫酸盐的存在之间的关系发现,增加的水浅地下不是由WEH反褶积过程,但体现物理矿物质和中子发射等之间的关系。
5。讨论
因此,结论应该画,沿着导线从着陆地点距离20公里的标志,多水合物存在的硫酸盐表面上,所观察到的CRISM,符合WEH值的增加在地下一层厚度约60厘米,以丹。另一方面,没有找到这种现象的另一组CRISM像素的光谱特征与层状硅酸盐或一水化物的硫酸盐。可以推测的遍历,这体现的现象CRISM-DAN cross-correspondence,与沉积地层含有多水合物硫酸盐与重要的厚度可能导致增强质量分数的水相比,“平常”地下有一些标准的水的质量分数。顶部表面的物质被CRISM可观测火星的轨道,他们被更深的卷丹从火星表面。一个建议命名等地层多水合物层sulfates-rich物质,或PHSR问题。
为了测试这个简单的解释发现的现象,有人可能会检查观察WEH分布区域的可能性与PHSR物质(图2)可以由一个双峰函数建模的两个不同的部分:“less-WEH”组件和“more-WEH”组件(图4)。“less-WEH”组件可以与“正常”物质。其形状可以从已知的分布WEH CRISM参照组的像素没有签名的水合矿物(图的三种类型2)。这个组件的平均WEH值已知等于(2.54±0.02)wt %的LR方法和(2.40±0.02)wt %的SR方法(见表1)。“more-WEH”组件可以与多水合物硫酸盐。作为最简单的选项,这个“more-WEH”组件可以由一个正态分布和两个自由参数:平均值和样本方差。
使用这种双峰模式,你可以试着适应观察WEH分布的面积CRISM像素的光谱特征多水合物硫酸盐。除了两个“more-WEH”组件的自由参数,一个参数应该用于拟合:相对分数α这个组件对整个观察到的总积分分布。两种情况的观察到分布检测WEH丹LR或SR方法推导出被动数据处理。单侧皮尔逊卡方测试应用寻找最好的双峰模型的拟合参数(表4)。
在这两种情况下,对LR和SR方法,培生标准给很好 - - - - - -观察之间的一致性水平值分布和建模功能;即。,it is between 0.001 and 0.15 (Table4)。“more-WEH”组件意味着WEH值等于3.0或3.6 wt %例LR和SR,分别(表4和图2)。
考虑到这个结果,可以推测WEH分布的两个组件代表两个分数PHSR物质。“less-WEH”组件对应于“正常”土壤和“more-WEH”组件可能归因于多水合物硫酸盐的沉积。观察WEH分布的双峰近似PHSR物质允许确定的面积比例参数α的贡献“more-WEH”组件。这个分数是0.37或0.12的一部分(1)整个WEH分布,分别基于LR或SR方法。所提出的识别,这样的一小部分α对应于地下体积的一部分,其中包含多水合物的沉积物硫酸盐与中子传感的厚度足够大。另一个部分(1−α土壤)对应于“正常”。有趣的是,“more-WEH”组件的分数的值接近1的子群51像素的“高强度”多水合物硫酸盐(表的光谱特征4)。这是另一个证据识别“more-WEH”组件的领域,即沉积的物质多水合物硫酸盐。
“正常”的部分土壤PHSR物质可能存在沿着导线几乎无处不在。这种物质不含有明显的量的三种类型的水合矿物和平均WEH约为2.5 wt %(见表1和2)。PHSR WEH值第二个分数的问题对应的水分子数量多水合物硫酸盐的结构。其价值是来自丹数据,大约3 wt %(表4)。水合矿物的化学结合水是嵌入在很久以前他们的结构,当这些矿物在水溶液条件下形成的。因此,PHS-dominated物质的类型被认为包含了火星的“初始水”。
多水合物硫酸盐在地下物质的质量分数沿导线可能有所不同。在一些景点的最强烈的光谱特征多水合物硫酸盐,“more-WEH”组件,如上所示,可能造成完全观察WEH分布。一个可以使用的丹被动数据测试中多水合物硫酸盐的存在空间分辨率的地下沿着导线数百米左右。
执行这些测试我们大约20公里的总路径分割成132距离间隔150米长,每个包括大约50被动测量WEH 3米的空间分辨率。每个距离间隔WEH值的分布是由已知测试的双峰函数只有一个变量参数α的分馏的已知成分“更少的水”,“水”,α和1−α,分别。最好的拟合值α可以视为多水合物硫酸盐的平均质量分数在地下。执行这样一个分析132距离间隔,一个获得的多水合物硫酸盐沿着导线(图质量分数5)。
这个概要文件显示的最高价值α= 0.21(信心是15%)是观察到周围16300米的距离标记。事实上,根据CRISM数据,这个地区的特点是增加价值的光谱特征多水合物硫酸盐(图的亮度6)。因此,丹被动的分析数据成为可能识别网站内容增加多水合物在浅层地下硫酸盐。这类网站之一是发现在距离16300米的导线的标志从巴格诺尔德沙丘Vera Rubin山脊。
6。结论
丹WEH值的交叉分析被动测量机上的好奇心和专门浏览产品马赛克CRISM光谱仪上MRO为罗孚的一部分进行遍历的着陆点马克19 971米的距离。发现导线间隔的光谱特征多水合物硫酸盐,CRISM探测到,含有更多的在地下WEH相比,间隔不清单签名的三种选择的水合矿物,如层状硅酸盐和mono和多水合物硫酸盐。这种效应指出,多水合物硫酸盐沿着导线存在一些地方,与60 cm层厚度,以及被丹拥有感知深度约60厘米在地下。
WEH被发现的双峰分布沿导线等间隔距离与多水合物硫酸盐的光谱特征。“less-WEH”组件的分布符合观察到占据多数的距离间隔,没有表现出任何的光谱特征的三种测试类型的含水矿物质。这种类型的物质的平均含水量为2.5 wt %。该分布的“more-WEH”组件被认为是与第二种类型的物质有关,其成分可能主要由多水合物硫酸盐组件。WEH为这种类型的值是3 wt %或更大。
没有任何区别的WEH分布距离间隔没有三种测试类型的水合矿物的光谱特征和光谱特征的距离间隔层状硅酸盐和一水化物的硫酸盐不一定CRISM和丹观测结果之间的差异。事实上,最外层组织这样的地下含水矿物可能被CRISM,但是可能太薄丹的检测。你可能怀疑,因为某些原因与多水合物层顶部硫酸盐足够厚的检测到丹,而顶部的层状硅酸盐层和一水化物的硫酸盐。
CRISM像素的光谱特征多水合物硫酸盐覆盖大约10%的20公里长的罗孚遍历进行了分析。大型多水合物硫酸盐沉积厚度的事实表明在过去很长一段时间,当这些层有足够的时间积累。另一方面,CRISM领域像素的光谱特征的层状硅酸盐和一水化物的硫酸盐最有可能联系在一起,而薄层上的普通的岩石和土壤。丹这种薄层的存在不是敏感的普通物质。你可能认为这种水合矿物的存在也将证明CRISM和丹数据的交叉分析,当罗孚爬伊奥利亚隆起,在存款如果层状硅酸盐或一水化物的硫酸盐可能足够厚的检测WEH增加了。
数据可用性
数据从这个工作是公共可访问的行星数据系统,https://www.pds.nasa.gov/。
信息披露
本文提出了在EGU大会202022]。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作由科技部和俄罗斯联邦高等教育,“探索”主题格兰特aaaa -那么- 118012290370 - 6。作者高度欣赏的优秀支持丹好奇心项目团队的调查。