火星南极下的“湖泊”：一幅泥泞的画面？

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这张图片中明亮的白色区域显示了覆盖火星南极的冰盖，由冰冻的水和冰冻的二氧化碳组成。图片来源：ESA/DLR/FU Berlin/Bill Dunford

火星南极下的“湖泊”：一幅泥泞的画面？

2021 年 7 月 3 日

作者  卡琳 瓦伦丁

本文2300字，阅读大约需要10分钟

两个研究小组使用欧洲航天局火星快车轨道飞行器的数据，最近公布的结果表明，火星上被认为是地下湖泊的地方可能根本不是湖泊。

2018 年，研究火星快车轨道器数据的科学家们宣布了一个惊人的发现：来自红色行星南极反射的雷达仪器的信号似乎揭示了一个液态地下湖。从那时起，又发布了更多这样的影像数据。

在美国地球物理联盟的地球物理研究快报上发表的一篇新论文中，亚利桑那州立大学地球与空间探索学院的主要作者和研究生 阿迪亚·库勒 与美国宇航局喷气推进实验室 (JPL) 的杰弗里·普劳特 (Jeffrey Plaut) 描述了发现数十个类似的雷达反射在分析了一组更广泛的火星快车数据后，绕南极。但许多地区应该太冷，水不能保持液态。

由 ASU 地球与太空探索学院博士后学者卡弗·比森 领导的一组科学家也在考虑这些信号是否为液态水的问题。他们的研究最近也发表在 AGU 的地球物理研究快报上，并确定这些明亮的反射可能是由地下粘土、含金属矿物或盐冰引起的。

火星快车是在地球以外的行星轨道上运行时间第二长的持续活跃航天器，仅次于美国宇航局仍然活跃的 2001 年火星奥德赛号。随着火星快车围绕火星运行，它继续提供有关这颗红色行星的地下、地表和大气层的重要数据。

该航天器上装有一种仪器，称为用于地下和电离层探测的火星高级雷达，简称 MARSIS。该仪器使用雷达探测仪来评估火星地下的成分。

MARSIS 自 2004 年以来一直在收集火星周围的数据，包括南极，使科学家能够构建南极地区的 3D 视图。库勒 说：“我们想观察南极冰层下方，并使用 MARSIS 数据描述下方的旧地形。”

在最近使用 MARSIS 数据的其他研究中，研究人员发现了表面下方反射比表面反射更亮的区域，这不是科学家所期望的。

“通常，雷达波在穿过材料时会失去能量，因此来自更深处的反射应该不如来自表面的反射那么明亮，”同时在普劳特的指导下在喷气推进实验室实习的库勒说。“虽然异常明亮的地下反射有几个可能的原因，但这两项研究得出的结论是液态水成分是这些明亮反射的原因，因为液态水对雷达来说看起来很亮。”

彩色圆点代表欧空局的火星快车轨道飞行器在火星南极帽发现明亮雷达反射的地点。图片来源：ESA/NASA/JPL-Caltech

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最初被解释为液态水的雷达信号是在火星的一个被称为南极层状沉积物的区域发现的，该沉积物以数百万年来在那里定居的水冰、干冰（冷冻二氧化碳）和尘埃的交替层命名。据信，这些层记录了火星轴的倾斜度如何随时间变化，就像地球倾斜度的变化在整个地球历史上创造了冰河时代和温暖时期一样。当火星的轴向倾斜度较低时，该地区积雪和灰尘层，最终形成了今天在那里发现的厚层冰盖。

最初假设含有液态水的区域在火星南极层状沉积物的一个相对较小的区域中跨越约 6 至 12 英里（10 至 20 公里）。库勒 和普劳特 将搜索类似的强无线电信号扩展到 44,000 次测量，这些测量分布在整个火星南极地区15 年的 MARSIS 数据中。

意想不到的“湖泊”：一幅泥泞的画面？

来自 库勒 和 普劳特的新的、扩展的研究揭示了在比以往任何时候都更大的区域和深度范围内的数十个额外的明亮雷达反射。在某些地方，它们离地表不到一英里，那里的温度估计为负 81 华氏度（负 63 摄氏度）——太冷了，水会结冰，即使它含有被称为高氯酸盐的盐分矿物质，可以降低水的冰点。

“我们不确定这些信号是否是液态水，但它们似乎比原始论文发现的要广泛得多，”共同作者普劳特说，他也是轨道器 MARSIS 仪器的联合首席研究员. “要么液态水在火星南极下方很常见，要么这些信号表明其他东西。”

此外，库勒 还注意到 2019 年的一篇论文，其中研究人员计算了融化该地区地下冰所需的热量，发现只有最近地表下的火山活动才能解释南极下液态水的潜在存在。

“他们发现，要保持这种水的液态，需要两倍于估计的火星地热流，”库勒说。“获得这么多热量的一种可能方法是通过火山活动。然而，我们还没有真正看到南极最近火山活动的任何有力证据，因此火山活动似乎不太可能让地下液态水在整个过程中存在地区。”

库勒和 普劳特在这一系列研究中的下一步是调查他们在火星南极部分地区下发现的第二个更深的层，科学家认为这代表了一个更古老的埋藏地形，称为 Dorsa Argentea 组。人们认为它已经被该地区曾经存在的古老冰川所改造，他们打算更准确地确定其组成和年龄。

注：Dorsa Argentea 组 (DAF) 是一组地貌单元，覆盖火星南极地区约 150 万平方公里 [1-3]。它被解释为在早期 Hesperian [4-5] 中消退的大型冰盖的残余物，带有 eskers 和通。。。。Dorsa Argentea 位于南极附近，由一系列线性和蜿蜒的山脊组成。山脊很可能是沉积在冰下通道中的物质，当冰被移除时，这些物质会成为一个积极的浮雕特征。在地球上，。。。。

探索

研究更密切地关注火星的地下水信号

更多信息：Aditya R. Khuller 等，火星南极层状沉积物基底界面特征，地球物理研究快报（2021 年）。

CJ Bierson 等人，火星南极帽底部的强 MARSIS 雷达反射可能是由于导电冰或矿物，地球物理研究快报（2021 年）。

Michael M. Sori 等人，火星上的水，含一粒盐：今日南极冰层基础融化需要局部热异常，地球物理研究快报（2019 年）。

期刊信息：地球物理研究快报 

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