火星發現巨大水冰儲存區：水量超地球上最大淡水湖

該圖像經過垂向比例拉長，展示火星烏托邦平原地區一些造型奇特的撞擊坑結構。近期利用火星勘測軌道器的研究表明該區域地下存在大量水冰，其水量超過地球上最大的淡水湖：蘇必利爾湖

這兩張圖像是由SHARAD設備拍攝的，顯示在烏托邦平原地下存在水冰信號

淺地表雷達」(SHARAD)對該平原部分區域進行了研究，該設備能夠穿透地表，看到淺層地下情況。通過對該區域超過600次的飛越過程中採集的資料，科學家們的分析結果顯示這裡的地下存在一個巨大的水冰儲存區

新浪科技訊 北京時間11月28日消息，研究人員利用美國宇航局「火星勘測軌道器」(MRO)的觀測數據近日得到結論，認為在火星上一處遍布裂隙和撞擊坑的平原地下存在大量水冰，其含水量甚至可能與北美五大湖中最大的蘇必利爾湖的水量相當，蘇必利爾湖同時也是世界上面積最大的淡水湖。

這就是火星北半球中高緯度地區的烏托邦平原(Utopia Planitia)，科學家們利用MRO飛船搭載的「淺地表雷達」(SHARAD)對該平原部分區域進行了研究，該設備能夠穿透地表，看到淺層地下情況。通過對該區域超過600次的飛越過程中採集的資料，科學家們的分析結果顯示這裡的地下存在一個巨大的水冰儲存區，其面積甚至比整個新墨西哥州還要大。該區域的冰層厚度在80米至170米之間，其成分大約是80%~85%的水冰，再加上其他一些塵埃物質和較大的岩石顆粒物。

在該水冰儲存區域所在的緯度(北半球中高緯度)，水冰是無法穩定存在於火星表面的。在火星今天如此稀薄的大氣環境下，暴露於地表的水冰很快就會升華為水汽並消散殆盡。而烏托邦平原地下的水冰則被上覆的土層保護了起來，該土層厚度達到1~10米。

德克薩斯大學奧斯汀分校地球物理學院的卡西·斯圖爾曼(Cassie Stuurman)是發表在《地球物理學研究通報》雜誌上有關研究論文的第一作者。她說：「該水冰儲庫可能是在地質歷史上某個時期形成的，當時火星的黃赤交角比現在更大，當大量降雪逐漸累積時，逐漸擠壓成為水冰，並混入了大量沙塵物質。」

今天的火星黃赤交角大約25度，在其兩極地區儲存了大量的水冰物質。在大約12萬年的周期內，這一角度的變化量將達到兩倍之多，導致兩極地區升溫，冰雪物質將向中緯度遷移。火星氣候模型和此前在中緯度地區大量水冰物質的發現表明在黃赤交角變化的某些時期，大量冰雪物質會在遠離火星極地的區域累積。

火星水，未來人類的資源

「烏托邦平原」這個詞簡單的意思就是「天堂平原」。此次新發現的地下水冰儲庫在緯度分布上從北緯39度一直到49度。其蘊藏的水量相當於火星上全部已知水量的不到1%，但它的發現直接讓火星北方平原地區埋藏水體的體積量增加了一倍。而那些接近淺地表的埋藏水冰早已被人們視作未來登陸火星的人類宇航員的重要資源。

德克薩斯大學的傑克·霍特(Jack Holt)是SHARAD設備組成員之一，此前曾經使用該設備對火星埋藏水冰和極區冰蓋開展過研究，此次也是相關研究論文的合著者。他說：「此次發現的這些水冰可能相比火星上的其他水冰更加容易獲取，因為它們相對而言位於較低的緯度，並且所在區域地形相對平坦，相比其他埋藏水冰的區域，這裡更適合未來探測器在此著陸。」

今天，烏托邦平原地區的水體已經完全處於凍結狀態。但如果其中存在融化狀態的水層，這對於生命而言將是意義非凡的。當然，這樣的水層如果存在，在雷達圖像上也應當有所反應，但實際情況是並未觀察到。但是這也並不能完全排除在火星自轉軸傾角變化的某個時期，可能會出現某些水冰融化的層面。霍特表示：「在水冰長期存在的區域，我們目前還不清楚在歷史上的某些時期是否曾經存在過足夠的水體，從而允許生命的出現。」

烏托邦平原本身是一個直徑大約3300公里的巨大盆地，其成因可能與火星早期的撞擊事件有關。在1976年，美國宇航局派遣「海盜-2」號著陸器首次著陸該區域，而此次斯圖爾曼和同事們開展研究的區域就在那台早已停止工作的著陸器著陸區域西南方向不遠處。

利用義大利研製的SHARAD雷達設備對火星烏托邦平原開展研究，這一設想是加拿大安大略西部大學的戈登·奧新斯基(Gordon Osinski)一直以來努力推動的，同時它此次也是該項研究論文的合著者之一。多年來，奧新斯基和其他研究者們一直對該區域遍布的多邊形開裂以及缺乏環形山邊緣的撞擊坑感到好奇。正如斯圖爾曼的指出的那樣「就像某人把一個冰激凌丟在了地上。」當開始這項研究時，斯圖爾曼還是加拿大西部大學的一名學生。

來自加拿大的線索

在加拿大北極冰原地區，地表同樣存在很多線索表明其地下存在水冰物質。正如奧新斯基所指出的那樣。但是有一個問題擺在大家的面前：或許這些規則性開裂和撞擊坑外觀的確與其地下隱藏的冰層有關，但是這些水冰埋藏現在還存在嗎？抑或早就已經在數百萬年的漫長歷史中消失了？

而此次SHARAD設備的觀測結果則幫助回答了這個問題，並推進了我們對於火星歷史的理解並鎖定了未來可能存在生命的考察區域。

美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)的「火星勘測軌道器」(MRO)執行項目科學家萊斯利·坦帕里(Leslie Tamppari)表示：「拓展我們對於火星上水體分布與數量的認識是非常重要的。」他說：「我們知道早期火星表面存在足夠水體，使得河流和湖泊能夠存在。但後來這些水體都去了哪裡？它們中的大部分都已經經由大氣層散失掉了，其他探測器目前正在對這一過程進行考察。但與此同時還有很大一部分的水體至今仍然以地下水冰的形式留在火星上，而我們需要對此有更深的了解。」

德克薩斯大學的喬·列維(Joe Levy)也是這項最新研究的論文合著者。他說：「烏托邦平原此次發現的水冰儲庫並不僅僅是能夠滿足未來探測所需，它也是最方便獲取到的火星古代氣候記錄之一。目前我們還並未完全理解為何水冰會在火星上的某些區域，而不是在另外一些區域累積。這些水冰對於未來登陸火星的宇航員們來說意義重大，對它們開展的取樣研究同時也將幫助我們揭開這些水冰的埋藏年代之謎。」

SHARAD是MRO飛船攜帶的六台科學載荷之一，MRO飛船本月剛剛迎來其在火星軌道工作的第十個年頭。該任務的長期和持續性使其能夠幫助科學家們觀察火星上的一些長期過程以及多年變化，從淺地表一直到大氣層。SHARAD設備是由義大利空間局研製的，該設備的日常科學運行由義大利羅馬大學負責管理。總部位於美國亞利桑那州圖森的行星科學研究所參與了該設備的部分研製工作。加州理工學院下屬的噴氣推進實驗室(JPL)為美國宇航局科學任務委員會代為管理MRO飛船，而位於丹佛的洛克希德·馬丁空間系統公司則是MRO飛船的建造承包商並對該飛船的在軌運行提供長期技術支持。(晨風)