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火星的兩極也是冰雪世界嗎?
來源: 中國的航天         發布時間:2021-04-22

說起地球的南極和北極,大家的腦海中立刻就會浮現冰天雪地、白雪皚皚的畫面。那么,地球的鄰居——火星,也就是鋼鐵俠馬斯克口中說要移民的星球,它的南北極又是怎樣的呢?會不會也是冰天雪地的壯麗模樣?

地球南北極(圖片來源:NASA)

初見火星兩極

17世紀末,荷蘭天文學家惠更斯利用自己設計的精密望遠鏡,首次發現火星南北極都擁有一個巨大的“白斑”,像是戴著白色的帽子。雖然這位天文大家當時到底看到的是什么樣的景象我們不得而知,但后來人類通過努力,拍到了紅色星球戴著白色帽子的“證件照”。

地球和火星都戴著白色帽子(圖片來源:NASA)

對比發現,地球和火星都戴著白色帽子。帽子,在古代也稱為“冠”。我們中國人給火星兩極的“帽子”起了個文雅的名字——“極冠”,西方英文則是“Martian polar ice cap”。

近觀火星極冠

我們可以看到,火星南北兩極被厚厚的白色物質所覆蓋,白色物質與紅棕色地區有鮮明的對比,還可以觀測到強風和暴風雨的痕跡。這樣的場景,讓我們不禁聯想到地球南北兩極的冰天雪地。有時候,火星上還會有白云出現,遮掩火星表面的地質特征,使人類火星軌道探測器無法拍攝清楚。

火星兩極極冠(圖片來源:NASA)

2006年火星北極極冠照片(圖片來源:ESA)

神秘的白色物質

看起來像帽子又像拿鐵上拉花的白色物質到底是什么?先人們尋找答案的腳步從未停歇。18世紀末,英國科學家斯托尼就曾設想白色物質是固體二氧化碳,即我們俗稱的“干冰”。到了20世紀中葉,天文學家柯伊伯使用分光技術觀測,推測白色物質是水冰而不是干冰。受當時科學技術所限,斯托尼和柯伊伯也只能停留在猜測的階段。

直到人造探測器對火星進行了多次探測,人類才正式確認極冠中含有85%的二氧化碳干冰和15%左右的水冰。這是對火星認識的巨大進步,也是對先人科學假想的證據回應。

極冠含有水冰和二氧化碳干冰(圖片來源:Science)

隨季節變化的火星極冠

火星探測器傳回的照片顯示,火星表面大部分地區都是砂石林立、塵土飛揚的干燥荒蕪世界,那么兩極極冠是如何形成的呢?

依照地球上的生活經驗,看到白雪皚皚、冰天雪地的冰凍世界第一感受當然是“冷”了。作為地球“姊妹星”的火星,也像地球一樣,有冬夏輪回?;鹦桥c太陽的距離比地球遠,表面平均溫度比地球低,平均溫度約-60℃,兩極的溫度甚至更低,這使得火星兩極主要由水冰和干冰組成的物質永久存在。

火星極冠會不會隨季節而變化?早在20多年前,人類就已經利用哈勃望遠鏡觀測到火星極冠的變化了。地球上有一年四季的變化,火星也一樣,北極極冠在每年火星的夏天會蒸發掉約1米的干冰層,而火星南極的干冰層厚度約8米,在整個夏季來不及全部蒸發。這就導致火星極冠每年都會發生變化,與地球南北極冰雪變化類似,夏天溫度高的時候,冰雪融化,極冠范圍就會縮小,而一到冬季,由于氣溫下降,大氣中的二氧化碳開始凝華,極冠范圍隨之變大。水和二氧化碳憑借升華與凝結往返于極冠與大氣之間,構成了現今火星氣候重要的一環。

望遠鏡觀測到的火星北極極冠變化圖(圖片來源:美國亞利桑那大學)

極冠不僅蘊含液態水湖,還有隕石坑冰湖

不論水冰或是干冰,難道極冠就只有固態“冰”嗎?早在2018年,意大利科學家奧羅塞(R.Orosei)團隊就利用“火星快車號”(Mars Express)軌道器上的雷達數據,發現火星南極極冠下面1.5千米處存在20千米寬的液態水體。而就在2020年9月28日,借助該軌道器上新的雷達數據,意大利行星科學家勞洛(S.E. Lauro)團隊最新發現南極烏爾蒂馬斷崖群(Ultimi Scopuli)下面有3個液態水體,其中最大的水體長約20千米×30千米。這是人類火星探索之旅的重大發現——原來火星上不是肉眼看到的干燥荒蕪!

除了地下層蘊含液態水體外,在火星北極地區大奧林匹亞·昂達沙丘場的南部,有個保持完好的隕石坑——科羅列夫(Korolev)隕石坑。該隕石坑底部位于其邊緣下方兩公里處,包圍著一個約1.8千米厚的圓頂狀沉積物,是水冰和干冰的合物。冰上的空氣在冷卻后比周圍的空氣重,因此科羅列夫隕石坑內的“冰”永久穩定存在。由于空氣是熱的不良導體,因此水冰層可以有效地避免被加熱和升華。

隕石坑冰湖(利用數字地形模型和“火星快車號”探測數據合成制作)(圖片來源:ESA)

地球上,水是生命之源,是人類生存的寶藏。

火星上,水冰資源的發現無疑令人欣喜。

人類正派出火星探測器奔向太空、開往火星,期待這些“先鋒們”挖掘出更多“寶藏”,獲取更多發現!


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