火星曾經是一個溫暖而濕潤的地方，火星的大部分表面都覆蓋著液態水。但是，在4.2至37億年前，火星失去了大氣層，大部分地表水也都消失了。今天，火星上的水仍然主要以冰的形式隱藏于地表之下，而這些冰基本上都位于極地地區。
近年來，科學家們已經了解到，火星的赤道地區也存在的冰沉積，盡管目前還不能精確地預測它們的深度。但根據美國地質調查局(U.S. Geological Survey)的一項新研究，火星表面的侵蝕顯示了大量的水冰層。這些沉積物除了可以作為一個課題來研究以外，而且它還可以在火星定居點建成時作為火星可能的水源支持。
這項名為“火星中緯度地區的地下冰層”的研究最近發表在《科學》雜志上。這項研究由美國地質調查局的研究員科林·m·鄧達斯帶領，包括來自亞利桑那大學、約翰霍普金斯大學、佐治亞理工學院、行星科學研究所和位于奧斯丁的德克薩斯大學地球物理研究所的月球和行星實驗室的成員。
在美國宇航局火星勘測軌道飛行器上的HiRISE相機上，一段地下冰的橫斷面露出了明亮的藍色
Credits: NASA/JPL-Caltech/UA/USGS
為了他們的研究，研究小組查閱了在火星偵察軌道器(MRO)上的高分辨率成像科學設備(HiRISE)獲得的數據。這一數據揭示了火星中緯度地區的8個地點，那里由于侵蝕而形成的陡峭斜坡暴露了大量的地下冰層，這些沉積物的深度可達100米(328英尺)以上。
裂縫和陡峭角度表明，冰是緊密結合的。正如鄧達斯在最近的NASA新聞聲明中解釋的:
'火星表面大約三分之一處有淺層冰，這記錄了火星最近的歷史。我們在這里看到的是冰的橫截面，它給我們提供了比以往更詳細的三維視圖。”
這些冰沉積在橫截面上是相對純的水冰，很可能在很久以前就沉積在雪中。從那以后，它們被一層冰封的巖石和塵埃覆蓋，厚度在1~2米之間。他們所觀測的8個地點分布于火星的北半球和南半球，在55~58緯度間，占據了其表面的主要部分。
可以毫不夸張地說，這是一個巨大發現，并為火星科學研究提供了重大機遇。除了影響現代地貌之外，這種冰還保存著火星的氣候史。就像好奇號通過檢查蓋爾隕石坑的沉積層來探測火星的過去一樣，未來的任務可能會鉆探冰下，以獲得其他的地質記錄進行比較。
北部的陡坡(向圖片的頂部)暴露了一層厚厚的地下冰
Credits: NASA/JPL-Caltech/UA/USGS
這些冰沉積物以前是由火星奧德賽探測器(使用光譜儀)、MRO的地面穿透雷達和ESA的火星快速軌道探測器共同發現的。2008年，美國宇航局還將“鳳凰號”探測器送往火星，以確認火星奧德賽探測器的發現，該探測器發現并分析了位于北緯68°的地下冰層。
然而，在MRO數據中檢測到的8個裂縫首次直接暴露了地下冰。亞利桑那大學月球與行星實驗室的謝恩·拜恩和該研究的合著者指出:
“今天的發現報告驚喜地為我們打開了一扇窗，我們可以從此看到這些厚厚的地下冰層。這就像一個地下的蟻穴，你可以透過玻璃，看到地面上通常看不到的、藏在地下的東西。”
這些研究也有助于解開火星氣候隨時間變化的謎團。今天，地球和火星都有相似的自轉軸，火星的自轉軸傾角為25.19°，而地軸傾角為23.439°。然而，這在漫長的過程中已經發生了很大的變化，科學家們一直在想，這樣的增加和減少如何導致了季節性的變化。
藝術模擬圖：火星表面可能存在的冰川
Credit: NASA/Caltech/JPL/UTA/UA/MSSS/ESA/DLR Eric M. De Jong, Ali Safaeinili, Jason Craig, Mike Stetson, Koji Kuramura, John W. Holt
基本上，在火星的自轉軸傾斜度更大的時期，氣候條件可能有利于在中緯度地區形成冰。根據條紋和顏色的變化，鄧達斯和他的同事們認為8個觀測到的區域的巖層形成的比例不同，并在不同的氣候條件下產生不同數量的塵埃。
美國宇航局噴氣推進實驗室的MRO副項目科學家萊斯利·坦帕瑞說:
“如果你能在裂縫中取樣，你就能得到火星的詳細氣候史。隨著時間的推移，火星上的水發生了什么，這是關于火星上的水發生的整個故事的一部分:它去了哪里?冰是什么時候累積的?它什么時候會消退?”
在火星的中緯度地區的多個地點出現了大量的冰，對那些想要在火星上建造永久基地的人來說也是個天大的好消息。在地表以下幾米處有大量冰存在，并且由于侵蝕而周期性地暴露出來，很容易就能找到。它也意味著不需要為了獲得水源而選擇在極地地區建造基地。
這一研究之所以成為可能，是因為火星軌道上的多個探測器的協調使用。它還得益于這些任務在火星上進行了很長一段時間的研究。MRO已經觀測了火星11年，而火星奧德賽號探測器已經觀測了16年。他們在這段時間里所展示的一切，將為未來的任務提供了各種可能。
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作者：Matt Williams
