火星快车揭示了火星赤道隐藏的冰储备

　　

　　

　　欧洲航天局的火星快车号为火星的美杜莎凹窝地层提供了新的见解，揭示了深层水冰，这是该地区最大的此类发现。这些冰可能会对我们对火星气候历史的了解产生重大影响，对未来的人类探索至关重要。资料来源:行星科学研究所/史密森学会

　　最近的火星快车号数据显示，美杜莎凹窝地层是在火星上形成的包含广泛的水冰层，提供了新的线索关于火星的过去和支持未来的探索。

　　风吹来的一堆堆灰尘，还是一层层的冰?欧洲航天局的“火星快车”号重新探索了火星最神秘的特征之一，以弄清它的组成。它的发现表明，水冰层在地下延伸了几公里，这是在地球的这一地区发现的最多的水。

　　15年前，火星快车号研究了美杜莎凹地层(MFF)，发现了深度达2.5公里的大量沉积物。从这些早期的观察中，人们不清楚这些沉积物是由什么组成的，但现在新的研究给出了答案。

　　这张照片显示了火星表面的高度图，最低的地方是蓝色的，最高的地方是白色的。奥林匹斯山高达22公里，是整个太阳系最高的火山。Medusae Fossae Formation (MFF)是靠近赤道的一个有趣的区域。它由一系列巨大的风蚀沉积物组成，这些沉积物宽数百公里，高数公里。MFF位于火星高地和低地的交界处，可能是火星上最大的单一尘埃来源，也是火星上最广泛的沉积物之一。来源:欧洲航天局

　　美国史密森学会(Smithsonian Institution)的托马斯·沃特斯(Thomas Watters)是这项新研究和2007年最初研究的主要作者，他说:“我们利用火星快车号(Mars Express)的MARSIS雷达获得的最新数据，再次探索了MFF，发现沉积物比我们想象的还要厚:厚达3.7公里。”“令人兴奋的是，雷达信号与我们期望从分层冰中看到的信号相匹配，并且与我们从火星极地帽中看到的信号相似，我们知道那里富含冰。”

　　如果冰融化，锁在MFF中的冰将覆盖整个星球，形成一层1.5到2.7米深的水:这是火星这一地区发现的最多的水，足以填满地球的红海。

　　火星的美杜莎凹地层(MFF)由一系列风雕刻的沉积物组成，这些沉积物宽数百公里，高数公里。在火星高地和低地的交界处发现的这些特征，可能是火星上最大的单一尘埃来源，也是火星上最广泛的沉积物之一。但这干燥的表层似乎隐藏着一个秘密。一组研究人员使用火星快车号的雷达数据来探测地表以下。他们发现的是一层顶部的尘埃，覆盖着一层厚厚的富含水冰的沉积物。这张地图显示了形成MFF的土丘中估计的冰量，表明富含冰的沉积物厚达3000米。研究人员估计，覆盖在冰层上的干燥物质层(可能是灰尘或火山灰)有300-600米厚。这张地图显示了如果我们假设尘埃有300米厚，冰的厚度。在这种情况下，MFF沉积物中包含的水冰总量将达到40万立方千米，或者如果它融化，足以覆盖火星2.7米深的海洋。如果尘埃层有600米厚，水冰层就会更薄，那么MFF沉积物中包含的水冰总量将达到22万立方千米，或者如果它融化，足以覆盖火星1.5米深的海洋。资料来源:行星科学研究所/史密森学会

　　交替的冰层

　　MFF由几个风雕刻的特征组成，直径数百公里，高度数公里。在火星高地和低地的交界处发现的这些特征，可能是火星上最大的单一尘埃来源，也是火星上最广泛的沉积物之一。

　　火星快车号的初步观测显示，MFF对雷达来说相对透明，密度低，这两个特征都是我们从冰沉积物中看到的。然而，科学家们不能排除一种更干燥的可能性:这些特征实际上是风吹尘埃、火山灰或沉积物的巨大堆积。

　　靠近火星赤道的是美杜莎凹地层(MFF)，这是一个迷人的风雕刻区域，可能是火星上最大的单一尘埃来源。当火星快车号将其MARSIS雷达测深仪转向MFF时，它揭示了一个惊喜。反射回来的雷达信号与我们期望从富含水冰的分层沉积物中看到的信号相吻合。在这张图片中，火星表面彩色高度图(上图)上的白色水平线显示了MARSIS扫描过的一小片土地。下面的弹出框显示了仪器收集的雷达数据，显示了地下;区域越亮，从该区域接收到的雷达回波就越强。白线覆盖了两个被山谷隔开的土丘。这些土丘在下面的雷达数据中清晰可见。对雷达数据的分析表明，在一层厚厚的干燥物质(可能是灰尘或火山灰)下面，土丘里充满了水冰。资料来源:CReSIS/KU/史密森学会

　　“这就是新的雷达数据的来源!”考虑到它的深度，如果MFF只是一堆巨大的尘埃，我们预计它会在自身重量的作用下被压缩，”意大利国家天体物理研究所的合著者Andrea Cicchetti说。“这将创造出比我们用MARSIS实际看到的密度大得多的东西。当我们模拟不同的无冰材料的行为时，没有什么能再现MFF的特性——我们需要冰。”

　　相反，新的结果表明，地球上有一层灰尘和冰，上面都有一层几百米厚的干燥灰尘或灰烬保护层。

　　靠近火星赤道的是美杜莎凹地层(MFF)，这是一系列迷人的风雕刻沉积物，可能是火星上最大的单一尘埃来源。当火星快车号将其MARSIS雷达测深仪转向MFF时，它揭示了一个惊喜。从地表下反射回来的雷达信号与我们期望从富含水冰的分层沉积物中看到的信号相匹配。在这张图片中，火星表面的白线(上)显示了MARSIS扫描过的一片土地。下面的图表显示了土地的形状和地下的结构，棕色的是干沉积物(可能是灰尘或火山灰)，蓝色的是疑似富含冰的沉积物。该图显示，冰沉积有数千米高，数百公里宽。如果MFF中所有被怀疑存在的水冰都融化了，那么火星将被深达2.7米的海洋所覆盖。资料来源:CReSIS/KU/史密森学会

　　未来探索与合作

　　虽然火星现在看起来是一个干旱的世界，但它的表面充满了水曾经丰富的迹象，包括干涸的河道，古老的海洋和湖床，以及水雕刻的山谷。我们还在火星上发现了大量的水冰，比如巨大的极地冰帽，靠近赤道的地下冰川，以及火星土壤中的近地表冰。

　　赤道附近的大量冰——比如那些被怀疑潜伏在MFF干燥表面下的冰——不可能在地球目前的气候条件下形成。它们一定是在之前的气候时期形成的。

　　这张火星上美杜莎凹地的斜视角图是由ESA火星快车上的高分辨率立体相机的数字地形模型和最低点和颜色通道生成的。资料来源:ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

　　“这项最新的分析挑战了我们对美杜莎凹地层的理解，并提出了与答案一样多的问题，”欧空局火星快车和欧空局外火星痕量气体轨道器(TGO)的项目科学家科林威尔逊说。“这些冰沉积是多久以前形成的，当时火星是什么样子的?”如果证实是水冰，这些巨大的沉积物将改变我们对火星气候历史的理解。任何古老的水库都将是人类或机器人探索的迷人目标。”

　　这些冰冷的MFF沉积物的范围和位置也将使它们对我们未来的火星探索非常有价值。前往火星的任务需要在火星赤道附近着陆，远离富含冰的极地冰盖或高纬度冰川。而且他们需要水作为资源，所以在这个地区找到冰几乎是人类登陆火星的必要条件。

　　这张透视图显示的是火星美杜莎窝地层(MFF)的一部分——欧门ides Dorsum。MFF由一系列风雕刻的沉积物组成，这些沉积物宽数百公里，高数公里。这些沉积物位于火星高地和低地的交界处，可能是火星上最大的单一尘埃来源，也是火星上最广泛的沉积物之一。但这些尘埃似乎隐藏着一个秘密。15年前，欧洲航天局的火星快车号研究了MFF，发现尘埃覆盖了高达2.5公里深的大量沉积物。从这些早期的观察来看，尚不清楚这些沉积物是由什么组成的。一组研究人员现在使用最新的火星快车雷达数据再次探索了MFF，发现沉积物比之前想象的还要厚:厚达3.7公里。现在很清楚，这些雷达信号与我们期望从富含水冰的分层沉积物中看到的信号相匹配。如果冰融化，锁在MFF中的冰将覆盖整个星球，形成一层1.5到2.7米深的水:这是火星这一地区发现的最多的水，足以填满地球的红海。资料来源:加州理工学院/喷气推进实验室全球火星CTX马赛克/史密森学会

　　“不幸的是，这些MFF沉积物被数百米的灰尘覆盖，至少在未来几十年内无法进入。然而，我们发现的每一点冰都有助于我们更好地了解火星水以前在哪里流动，以及今天在哪里可以找到水。”

　　虽然火星快车号在几公里深处绘制了水冰图，但火星轨道飞行器TGO提供了近地表水的视图。这个轨道飞行器携带着FREND仪器，该仪器正在绘制火星土壤最顶层的氢——水冰的指示物。2021年，FREND在火星水手谷(Valles Marineris)发现了一块荷兰大小的富氢区域，目前正在绘制这颗红色星球上浅水沉积物的分布情况。

　　科林补充说:“我们的火星探测器正在一起揭示越来越多关于我们的行星邻居的信息。”

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