科學家在火星近地表發現高純度水冰

火星地下存在大量水冰，這已不是什麼秘密。但這些水冰的具體特徵——純凈度、深度和形態——仍舊是行星地質學家的一個未解之謎。揭開水冰的神秘面紗對火星任務規劃人員至關重要。未來的火星訪客，無論是短期旅居還是長期定居，都需要了解火星的地下冰儲備，如此才能有的放矢地進行開採，以獲取飲用水，澆灌農作物或者提取氫材料。

發現高純度水冰

由於火星地表存在大量泥土、岩石以及其它污染物，科學家很難對水冰進行研究。火星登陸器可以向火星地下挖掘或者鑽探數厘米，而後藉助雷達揭示地下數十米的地質構造。但對於地下20米左右的水冰數量，科學家基本上一無所知。慶幸的是，火星地表遭到侵蝕，根本不需要雷達和鑽孔機器人。隨著時間的推移，火星地表因侵蝕被一層層剝掉，最終暴露出地下層以及可能存在的水冰。在美國宇航局火星偵察軌道器的HiRISE相機幫助下，科學家找到了這樣的區域。

在日前發表於《科學》雜誌的一篇研究論文中，美國地質勘探局行星地質學家科林·鄧達斯帶隊的研究小組詳細闡述了他們的觀測發現。在火星上，他們發現8個因侵蝕作用，暴露出地下水冰巨大而陡峭橫截面的區域。這些發現意味著他們不僅可以測算出水冰數量，同時還能確定可開採性。這些水冰層的深度很淺，最淺的只有1米，長度超過100米。科學家並未估算水冰數量，但他們注意地表附近的冰量可能遠遠超過已經暴露的區域。另外，這些水冰看起來非常純凈。

對於太空中的資源，宇航局倡導「就地資源利用」（ISRU），水冰這樣的資源是深空探索的倖存關鍵。最讓ISRU規劃人員感興趣的是，水冰的深度以及純凈水冰與混雜少量火星表皮土的水冰比率。研究發現越接近地表的水冰，純凈度越高，開採利用的成本較低。

這一次發現的水冰並非透明晶體。多年來的觀測發現，火星水冰通過升華過程變成水蒸汽，融入到大氣中。種種跡象表明，隨著水冰的消退，一度被冰層覆蓋的岩石和沉積物會發生移動。鄧達斯和他的同事認為，火星水冰的源頭是雪，經過數百萬年的歲月變遷才擁有現在的規模。在降雪間隔期，岩石物質可能混入水冰，但研究人員認為周圍的水冰仍比較純凈。

宇航局噴氣推進實驗室火星計劃辦公室的首席科學家理查德·祖萊克表示：「在火星上，如果你看到明亮的東西，通常就是冰。火星上的絕大多數物質都只能反射很少的光線，這些裸露區域的反射率很高，說明存在非常明亮的物質。分光儀讀數也證明是水冰，而不是摻雜著冰的土壤。我們很難從這種土中提取水資源。」祖萊克並沒有參與這項研究。

讓飛船「搭便車」

不過，發現大量水冰並不意味著你現在就可以打點行囊，奔赴火星。鄧達斯和他的同事發現的8個區域全都位於中高緯度地區，北緯或南緯55度到60度之間，這些地區的溫度極低。絕大多數火星任務都將登陸點限制在南北緯30度以內，未來的載人火星任務也很有可能做出同樣的選擇。祖萊克指出：「如果你希望享受溫暖的氣候，最好去夏威夷，而不是阿拉斯加。」不過，越靠近赤道的地區，溫度越高，地下水冰的深度更深，開採難度更大。祖萊克說：「我們必須首先進行深入研究，而後才能決定在哪裡安營紮寨。」

現在，相關計劃已在謀劃之中。鄧達斯指出：「我確信我們尚未發現所有的裸露水冰。」在靠近赤道的地區，一定還存在這樣的水冰。宇航局的「火星2020」火星車將搭載探地雷達，能夠對火星地表的神秘上層進行探測。歐洲航天局的ExoMars火星車也將在2020年發射。這輛火星車搭載的鑽頭能夠採集地下兩米的地質樣本。

科學家的另一個選擇是「人造流星」。根據他們的設想，可以選擇「搭便車」的方式，也就是讓飛船搭乘體積更大的母船。它們在低緯度地區分離，飛船隨後撞擊火星。如果撞擊力量足夠大，飛船可以鑽入火星地下數米，探測周圍區域的地質構成，而後利用火星軌道的衛星，將觀測發現傳回地球。祖萊克說：「雖然現在還沒有這樣的技術，但相關研發工作正取得快速進展。」

幸運的是，科學家仍有時間鎖定火星的水冰庫。人類可能首先重返月球，而後奔赴深空。根據比較樂觀的時間表，我們最早將於本世紀30年代登陸火星。在哪裡登陸？逗留多長時間？又帶回哪些樣本？所有這些都取決於等待我們的是什麼資源以及獲取這些資源的難度。

美國宇航局的HiRISE相機拍攝的偽色火星照，深藍色的地下水冰橫截面與周圍地貌形成鮮明對比。

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