曾存40米巨厚水冰层 火星奇特大坑成因之谜揭开

北京时间9月1日消息，据英国《每日邮报》报道，近期，天文学家们对火星上一个形状怪异的撞击坑感到困惑――一般的撞击坑都拥有较为光滑的碗状凹陷形状，但这个撞击坑尽管与正常的撞击坑非常相似，但它的内部拥有明显的阶梯式地形。而现在，科学家们认为他们终于找到了这个问题的答案：非常简单，它是一个普通的撞击坑在水冰的作用下形成的

北京时间9月1日消息，据英国《每日邮报》报道，近期，天文学家们对火星上一个形状怪异的撞击坑感到困惑――一般的撞击坑都拥有较为光滑的碗状凹陷形状，但这个撞击坑尽管与正常的撞击坑非常相似，但它的内部拥有明显的阶梯式地形。而现在，科学家们认为他们终于找到了这个问题的答案：非常简单，它是一个普通的撞击坑在水冰的作用下形成的。

天文学家们宣称他们找到了火星上一个奇特撞击坑的成因，即其地下存在一个巨型水冰层。研究人员们在这个撞击坑下方发现的这个厚厚的巨大水冰层，估算其厚度超过40米

在行星地表之下，当那里的物质存在成分差异时便容易导致阶梯状地形的出现，如沙尘，冰层或岩石层。这个独特的撞击坑位于火星上一片叫做“阿卡迪亚平原”的区域，科学家们此前就已经在此区域内发现了好几个内部拥有类似阶梯状坑壁的撞击坑

尽管对于布莱姆森和布莱恩而言，发现水冰本身或许并不让他们感到惊奇，但这些水冰的年代、巨大的数量以及所处的位置却让他们深感意外。了解冰层所在的位置以及它们的厚度能够告诉你有关火星过去气候方面的很多信息

为了确认他们的这项理论，研究人员们在这个撞击坑下方果真发现了厚厚的巨大水冰层，估算其厚度超过40米。这一水冰层的面积几乎相当于美国加州和德州加在一起的总面积，它是由美国宇航局正在火星轨道上运行的“火星勘测轨道器”(MRO)发现的。

美国亚利桑那大学月球与行星实验室的研究生阿里・布莱姆森(Ali Bramson)表示：“撞击坑应当呈现为碗状凹陷，但这个撞击坑内部却拥有阶梯状地形。”

在行星地表之下，当那里的物质存在成分差异时便容易导致阶梯状地形的出现，如沙尘，冰层或岩石层。布莱姆森表示：“在这个撞击坑形成阶段，外部小天体撞击行星表面时，其冲击波的扩散传播会受到撞击点附近地表下不同物质组成情况的影响。”他说：“如果地下存在一层较为薄弱的物质层，那么冲击波就能更加容易地推开这些物质，这样的结果就很自然的形成了参差的阶梯状外观，这是不同地下物质层面间强度差异的体现。”月球与行星实验室副教授沙恩・布莱恩(Shane Byrne)对此补充道：“需要指出的是，这样大小且内部带有阶梯状表面的撞击坑是相当罕见的。”

这个独特的撞击坑位于火星上一片叫做“阿卡迪亚平原”(Arcadia Planitia)的区域，在这片地区内，科学家们此前就已经发现了好几个内部拥有类似阶梯状坑壁的撞击坑。布莱恩表示：“这些撞击坑可能是在不同的时期形成的，但它们都拥有阶梯状内壁，这表明在这片区域的地下存在着一些不同寻常的事情。”得益于火星高的不同寻常的黄赤交角，在这颗行星上气候的变化相对频繁。

与地球不同，火星没有大型天然卫星可以帮助其保持稳定。相反，火星会沿着自己的自转轴发生晃动，而这样的晃动将造成剧烈的气候转变。而这样的气候转变又反过来导致了间歇性冰期的出现。

借助火星勘测轨道器(MRO)搭载的“高分辨率成像科学实验”(HiRISE)相机设备，研究人员建立了这个陨坑的三维立体模型，这让他们能够测定这些不同阶梯的相对高度。

研究人员使用MRO搭载的另一台科学载荷“浅层雷达”(Sharad)向火星地表发射雷达脉冲信号，并测量这些信号穿透火星地表下不同物质层之后分别反射回来信号的时间差异。

布莱姆森将这两组来源的数据进行了整合，并对雷达波反射信号进行了分析解译。在这个陨坑区域的数据分析结果判定它的下方存在似乎是水冰的成分，并且量非常大。就在该区域火星的表土层下方，研究人员发现了一个巨大的地下水冰埋藏层。该项研究结果已经于周三在美国地球物理学联合会出版的专业杂志《地球物理研究快报》在线发表。尽管对于布莱姆森和布莱恩而言，发现水冰本身或许并不让他们感到惊奇，但这些水冰的年代、巨大的数量以及所处的位置却让他们深感意外。

尽管科学家们很早就知道火星极区存在冰层沉积，并积极开展利用这里的冰层反演火星气候历史的研究。但在这颗星球的中纬度，大致相当于地球上美国与加拿大边境地区以及美国堪萨斯州的纬度位置上发现冰层则完全出人意料。

布莱恩表示：“了解冰层所在的位置以及它们的厚度能够告诉你有关火星过去气候方面的很多信息。现在我们知道这里的地下冰层很厚，且面积广大。基于这样的观察，我们就可以开展一些猜想：这些冰应当是在火星上一段异常寒冷的时期形成的。当时降雪非常严重，水冰逐渐堆积变厚，最终被尘土掩埋并保存至今。”他说：“从这些冰层判断，从数千万年前到今天，中间这段时间里火星的气候发生过很多变化。”

布莱恩表示：“但问题就在于这些水冰时至今日不应该还能继续保持稳定才对，这些水冰应该早就已经升华消失在火星大气层之中。因此，这个显而易见的矛盾情况才是我们接下来需要进一步进行研究的课题。究竟是什么机制让这些地下的水冰层得以在如此漫长的时间里完好保存？我们目前手里所有的气候模型都无法对此提供解释。”