火星奇特隕坑成因揭開:地下存在40米巨厚水冰層

新浪科技訊 北京時間9月1日消息，據英國《每日郵報》報導，近期，天文學家們對火星上一個形狀怪異的撞擊坑感到困惑——一般的撞擊坑都擁有較為光滑的碗狀凹陷形狀，但這個撞擊坑盡管與正常的撞擊坑非常相似，但它的內部擁有明顯的階梯式地形。而現在，科學家們認為他們終於找到了這個問題的答案：非常簡單，它是一個普通的撞擊坑在水冰的作用下形成的。

為了確認他們的這項理論，研究人員們在這個撞擊坑下方果真發現了厚厚的巨大水冰層，估算其厚度超過40米。這一水冰層的面積几乎相當於美國加州和德州加在一起的總面積，它是由美國宇航局正在火星軌道上運行的“火星勘測軌道器”(MRO)發現的。

美國亞利桑那大學月球與行星實驗室的研究生阿里·布萊姆森(Ali Bramson)表示：“撞擊坑應當呈現為碗狀凹陷，但這個撞擊坑內部卻擁有階梯狀地形。”

在行星地表之下，當那裏的物質存在成分差異時便容易導致階梯狀地形的出現，如沙塵，冰層或岩石層。布萊姆森表示：“在這個撞擊坑形成階段，外部小天體撞擊行星表面時，其衝擊波的擴散傳播會受到撞擊點附近地表下不同物質組成情況的影響。”他：“如果地下存在一層較為薄弱的物質層，那麼衝擊波就能更加容易地推開這些物質，這樣的結果就很自然的形成了參差的階梯狀外觀，這是不同地下物質層面間強度差異的體現。”月球與行星實驗室副教授沙恩·布萊恩(Shane Byrne)對此補充道：“需要指出的是，這樣大小且內部帶有階梯狀表面的撞擊坑是相當罕見的。”

這個獨特的撞擊坑位於火星上一片叫做“阿卡迪亞平原”(Arcadia Planitia)的區域，在這片地區內，科學家們此前就已經發現了好幾個內部擁有類似階梯狀坑壁的撞擊坑。布萊恩表示：“這些撞擊坑可能是在不同的時期形成的，但它們都擁有階梯狀內壁，這表明在這片區域的地下存在一些不同尋常的事情。”得益於火星高的不同尋常的黃赤交角，在這顆行星上氣候的變化相對頻繁。

與地球不同，火星沒有大型天然衛星可以幫助其保持穩定。相反，火星會沿自己的自轉軸發生晃動，而這樣的晃動將造成劇烈的氣候轉變。而這樣的氣候轉變又反過來導致了間歇性冰期的出現。

借助火星勘測軌道器(MRO)搭載的“高分辨率成像科學實驗”(HiRISE)相機設備，研究人員建立了這個隕坑的三維立體模型，這讓他們能夠測定這些不同階梯的相對高度。

研究人員使用MRO搭載的另一台科學載荷“淺層雷達”(Sharad)向火星地表發射雷達脈衝信號，並測量這些信號穿透火星地表下不同物質層之后分別反射回來信號的時間差異。

布萊姆森將這兩組來源的數據進行了整合，並對雷達波反射信號進行了分析解譯。在這個隕坑區域的數據分析結果判定它的下方存在似乎是水冰的成分，並且量非常大。就在該區域火星的表土層下方，研究人員發現了一個巨大的地下水冰埋藏層。該項研究結果已經於周三在美國地球物理學聯合會出版的專業雜誌《地球物理研究快報》在發表。盡管對於布萊姆森和布萊恩而言，發現水冰本身或許並不讓他們感到驚奇，但這些水冰的年代、巨大的數量以及所處的位置卻讓他們深感意外。

盡管科學家們很早就知道火星極區存在冰層沉積，並積極開展利用這裏的冰層反演火星氣候歷史的研究。但在這顆星球的中緯度，大致相當於地球上美國與加拿大邊境地區以及美國堪薩斯州的緯度位置上發現冰層則完全出人意料。

布萊恩表示：“了解冰層所在的位置以及它們的厚度能夠告訴你有關火星過去氣候方面的很多信息。現在我們知道這裏的地下冰層很厚，且面積廣大。基於這樣的觀察，我們就可以開展一些猜想：這些冰應當是在火星上一段異常寒冷的時期形成的。當時降雪非常嚴重，水冰逐漸堆積變厚，最終被塵土掩埋並保存至今。”他：“從這些冰層判斷，從數千萬年前到今天，中間這段時間裏火星的氣候發生過很多變化。”

布萊恩表示：“但問題就在於這些水冰時至今日不應該還能繼續保持穩定才對，這些水冰應該早就已經升華消失在火星大氣層之中。因此，這個顯而易見的矛盾情況才是我們接下來需要進一步進行研究的課題。究竟是什麼機制讓這些地下的水冰層得以在如此漫長的時間裏完好保存？我們目前手裏所有的氣候模型都無法對此提供解釋。”(晨風)