火星北极发现新的水冰层

火星与地球最大的相似之处之一就是地表水冰的存在（在火星上主要是以两极冰盖的形式），而这也正是火星成为科学研究与探索的重要目标的原因。但是，相比较而言，更吸引科学家目光的是其地表下的冰川。科学家在其被真正发现之前早就推测出了它的存在。

这些贮藏的地下水可以向我们揭露许多有关火星历史的信息；当然，如果有朝一日人们选择将火星作为另一个家园的话，这些地下水也会成为珍贵的资源。

最近，来自德州大学奥斯汀分校的斯特法诺·内若奇(Stefano Nerozzi)，和亚利桑那大学的杰克·霍尔特(Jack Holt)或许发现了火星上最大的地下水水库。（原文这里说是the largest reservoir of water，但后面被引用的原文说是第三大，并没有两极冰盖大。）

在这张照片中火星的北极冰盖清晰可见

Credit: ISRO/ISSDC/Emily Lakdawalla

在他们的研究中，内若奇和霍尔特主要使用了火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter, MRO)上搭载的浅层雷达仪(Shallow Radar, SHARAD)所采集的数据。浅层雷达仪可以穿透地表最深至2.4千米进行勘测。分析数据后他们发现，在火星北极之下约1.6千米处，存在着大量与沙砾层交错叠加的冰层。

进一步分析后他们发现，在这些冰层的某些部分水的含量几乎达到90%。他们认为这些冰层是远古极地冰盖的残余。据研究人员估计，如果将这些冰层全部融化的话，产生的液态水可以形成一片至少1.5米深的将火星完全包裹的海洋。内若奇感叹道：“我们完全没有想到会在这儿发现那么多水，这或许是火星上除了两极冰盖之外最大的水库。”

约翰·霍普金斯大学的科学家们所进行的一项独立研究也证实了这一结果。他们通过重力读数来推算极地冰盖下地层的密度。结果表明这一区域有较低的密度读数，他们由此判断这些由冰层和沙层交错叠加的区域中水的总含量超过50%。

这对科学家们来说是一个好消息，因为这些冰层和沙层其实是过去火星气候变化的一个记录，研究它们便可得知有关火星历史的一些重要信息。简而言之，这些冰层和沙层的几何结构及其组成物质可以帮助科学家们了解火星气候是否在某段时间曾适宜生命的存在。

这张照片显示了火星表面的一部分冰层与沙层交错叠加的地质结构。由MRO上搭载的高分辨率科学实验成像仪(High Resolution Imaging Science Experiment, HiRISE)拍摄 | Credit: NASA/JPL/University of Arizona

关于这些水是怎么到那儿的，研究人员认为这归因于火星过去的升降温循环。科学家们很早之前就知道由于其公转轨道与自转轴倾角的变化，火星上存在着冰川运动（与地球一样）。在约五万年的时间里，火星的自转轴倾角会不断加大；随后会再不断减小，回到竖直状态。

当火星处在竖直状态时，赤道区域会由于正对着太阳而升温，极地区域则会降温，这会导致极地冰盖的扩张。同理，当自转轴倾角较大时，极地区域会升温，冰盖则会融化。正是在自转轴倾角较大的这段时间里，冰盖残余部分会被沙子所覆盖，这也防止了水分会因太阳的照射而挥发。

霍尔特自2006年起一直是MRO浅层雷达仪团队的研究人员之一，此前他们已经通过浅层雷达仪发现火星中纬度地区地表下存在着冰川。而这次的发现将火星上已知的含水量翻了近一番。而且，这次发现的极地地下冰川与先前的中纬度地下冰川年龄大致相同。

火星南极冰盖 | Credit: NASA

在这之前，科学家们一直认为远古极地冰盖已经消失了，但是这次的发现表明北极冰盖一直存在于地表之下，以冰层与沙层交叠的形式。除了否定了先前的假设外，这次研究还对火星极地与中纬度地区的水冰交换提出了新的见解。

更令人兴奋的是，对这些冰川的研究可以帮助科学家判断火星过去是否曾适宜居住。对此，内若奇解释道：“知道极地含水量在全球含水量中的百分比是非常重要的。即使气温等条件适宜，如果绝大部分水分都被锁在极地区域的话，其他区域就很难获得充足的水分，这对生命的存在来说是一个不利的条件。”

多亏了一系列已经在火星上完成的或正在进行的勘测任务，我们对这颗行星已经有了相当的了解。不过，每一次新的发现都会带来新的问题，这也就意味着需要新的勘测任务。或许在不久的将来，我们可以将人类宇航员送上这颗红色星球进行勘测。而当这一天真的来临时，那些地下冰川就一定会扮演着不可或缺的角色了。