火星北極附近發現遠古時代冰層遺跡

根據美國地質學聯合會網站發佈的相關新聞通報,美國科學家近期在火星北極附近地下一英里深處,發現一處埋藏地下的古代火星冰層遺跡。研究者認為,這項發現提供了一項確鑿證據,證明在過去的漫長歷史中,由於火星軌道參數和自轉軸傾角方面發生的改變,對於火星極地冰蓋的擴張與萎縮所產生的影響。

火星北極冰蓋立體圖像,垂直方向進行了拉伸處理,高差有誇大。

火星北極冰蓋立體圖像,垂直方向進行了拉伸處理,高差有誇大。

在這項研究中,美國德州大學奧斯丁分校以及亞利桑那大學的科學家們使用了源自美國宇航局“火星勘測軌道器”(MRO)上搭載的“淺層雷達”(SHARAD)獲取的相關資料。SHARAD設備可以發射雷達波穿透火星表面,最大探測深度可以達到火星地表下1.5英里(約合2.4公里)。

相關研究報告已經以論文形式發表於《地球物理學研究通報》(GRL)雜誌。這項研究相當重要,因為這些被埋藏的冰層代表了對於火星古代氣候變化的記錄,就像地球上的樹木年輪可以讓我們追蹤過去的氣候變化情況相類似。對於這些地下冰層形態和成份的分析,將幫助科學家們判斷遠古時期的火星是否曾經存在過適宜生命生存的宜居環境。
研究團隊在雷達資料中發現在火星地表下存在沙子和水冰的混合物,其中水冰含量高達90%。這是非常巨大的數量:如果這些水冰全部消融,這將足以在火星上產生一個深度至少1.5米深的全球性海洋。事實上,這些水體可能是火星上迄今除了南北兩極的冰蓋之外,第三大的水資源儲庫。

美國德克薩斯大學地球物理研究所(UTIG)博士研究生斯蒂芬諾‧奈羅茲(Stefano Nerozzi)是相關研究論文的第一作者,他指出:“我們一開始並不指望會在這裡發現這麼多的水。這幾乎會讓它成為火星上僅次於兩極地區的第三大水資源儲庫。”
與此同時,這項研究的相關結論也得到了另外一項獨立開展的研究結果的支持。那項研究由美國約翰霍普金斯大學的研究人員領銜,採用重力場分析方法開展研究,並得到了相似的結果,相關論文同樣刊載到了GRL雜誌上。

沙粒與水冰地層

關於這些水冰的來源,研究人員猜想這是在火星上一次冰期的時候在火星極地地區逐漸累積的水冰物質。而每一次當火星整體氣候變得更加溫暖時,之前存在的冰蓋就會停止生長,開始萎縮並被沙塵所覆蓋。而這些上覆沙塵的存在,反過來也在客觀上起到了保護這些冰層不被太陽輻射以及不斷變得更加稀薄的火星大氣影響的作用。

科學家們很早之前就知道火星上存在冰期現象,這是由於火星軌道參數和自轉軸參數變化所造成的結果。在過去大約5萬年裡,火星黃赤交角逐漸變大,隨後又開始逐漸減小,就像一個旋轉中的陀螺。當火星黃赤交角變小甚至接近0時,太陽將直射火星赤道,兩極地區氣溫下降,冰蓋開始發育成長。但隨著黃赤交角增加,兩極地區接受到的太陽輻射增加,極區冰蓋開始萎縮後退,甚至會完全消亡。

直到最近,科學家們一直認為,古代火星冰蓋已經完全消失了。然而這項最新研究卻顯示,相當一部分的古代冰蓋可能在火星地表之下被幸運地保存了下來,以沙塵和冰粒的形式,保存在火星淺地表下的地層之中。

傑克‧霍特(Jack Holt)是美國亞利桑那大學月球與行星實驗室教授,也是這項最新研究的共同作者,同時他也是斯蒂芬諾‧奈羅茲的博士導師。他表示,這項研究揭示了火星極區與中緯度之間水冰交換的一種全新且非常重要的洞察。在此之前,通過SHARAD雷達的相關資料,科學家們已經發現在中緯度地區的地下廣泛分佈有水冰成份。霍特教授指出:“令人驚異的是,在這些埋藏冰蓋中被封存的水體總量,幾乎與此前所知的,埋藏在火星低緯度地下冰層中的全部水體的量相當,並且兩者的年代也基本相當。”而對火星過去氣候歷史的研究將有助於我們瞭解火星在歷史上是否曾經存在過宜居環境。

斯蒂芬諾‧奈羅茲博士研究生表示:“如果火星上要存在液態水,那麼理解火星全球有多少數量的水資源,以及火星極地困住了多少水資源就會顯得很重要。你可能備齊了所有適宜生命存在的環境條件,但如果大部分水體都被鎖定在極區,那麼在赤道地區的水資源數量就會顯得不足。”◆

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