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原作：Okayama University

翻譯：劉海牧

校對(duì)：王茸 尹天任

審閱：繆征一

美編：周英杰

后臺(tái)：李子琦

數(shù)十年來，科學(xué)家始終好奇：火星曾擁有多少水資源？又是什么讓它從可能的 “濕潤(rùn)星球”，逐漸變成如今我們所見的干旱模樣？

2025年9月2日，一項(xiàng)發(fā)表于國(guó)際期刊《地質(zhì)學(xué)》（Geology）的新研究，為解開這些謎團(tuán)提供了重要線索。研究團(tuán)隊(duì)將目光聚焦于火星隕石坑，這些隕石坑并非普通的 “地表凹陷”，而是天然的 “冰層檔案庫(kù)”，封存著火星億萬(wàn)年的冰凍歷史記錄。

最終研究的核心結(jié)論令人矚目：火星在數(shù)億年間經(jīng)歷了多次冰河時(shí)代，但每一次冰期循環(huán)后，殘留的冰層數(shù)量都在穩(wěn)步減少，印證了這顆紅色星球正處于緩慢的全球性干旱過程中。

解鎖火星冰川密碼

這項(xiàng)研究由日本岡山大學(xué)行星材料研究所的特里希特?魯杰（Trishit Ruj）副教授牽頭，聯(lián)合日本三家頂尖科研機(jī)構(gòu)的學(xué)者共同完成，形成了專業(yè)的 “火星冰凍史研究聯(lián)盟”：團(tuán)隊(duì)成員包括日本高知核心樣本研究所奧田華也博士、日本高知大學(xué)長(zhǎng)谷川仁博士、日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)宇宙科學(xué)研究所臼井智宏教授。研究團(tuán)隊(duì)通過分析火星北緯20°至45°之間隕石坑內(nèi)保存的冰川地貌，成功還原了火星在漫長(zhǎng)歲月中儲(chǔ)存與流失水資源的完整過程。

火星的冰期循環(huán)，背后藏著一個(gè)與地球截然不同的 “氣候開關(guān)”——自轉(zhuǎn)軸傾斜角度（又稱 “黃赤交角”）的劇烈變化。魯杰博士解釋道：“地球的自轉(zhuǎn)軸傾斜角度相對(duì)穩(wěn)定（約 23.5°），但火星的傾斜角度在數(shù)百萬(wàn)年間會(huì)大幅擺動(dòng)。這種擺動(dòng)會(huì)重新分配火星表面的光照，直接觸發(fā)冰層‘累積 — 消融’的循環(huán)?！?/p>

具體而言，這個(gè)循環(huán)讓火星氣候呈現(xiàn)兩種鮮明狀態(tài)：

1.低傾斜期：冰層主要集中在極地冰蓋，中緯度地區(qū)相對(duì)干燥；

2.高傾斜期：中緯度地區(qū)出現(xiàn)大范圍冰川，隕石坑內(nèi)開始逐步累積冰層——從稀薄分散的局部沉積，慢慢形成厚重廣闊的冰體填充。

這些富冰沉積物不僅是火星過往氣候變遷的“記錄者”，還可能標(biāo)示出過去火星上潛在的宜居區(qū)域。

火星自轉(zhuǎn)軸傾斜角度（黃赤交角）的變化，會(huì)導(dǎo)致其氣候在兩種狀態(tài)間切換：傾斜角度較小時(shí)，冰層主要集中在極地冰蓋；傾斜角度較大時(shí)，中緯度地區(qū)則會(huì)出現(xiàn)大范圍冰川。在這樣的循環(huán)過程中，隕石坑內(nèi)會(huì)逐漸累積冰層 —— 從稀薄且分散的局部沉積，逐步形成厚重且廣闊的冰體填充。這些富冰沉積物不僅記錄了火星過往的氣候變遷，還可能標(biāo)示出過去火星上潛在的宜居區(qū)域。

資料來源：日本岡山大學(xué)行星材料研究所 特里希特?魯杰副教授

尋找冰川痕跡

要還原億年前的火星冰凍史，科研人員靠的是 “太空千里眼”—— 美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）“火星勘測(cè)軌道飛行器” 傳回的高分辨率圖像。

團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)排查了帶有 “冰川活動(dòng)痕跡” 的隕石坑，這些痕跡就像火星冰川留下的 “指紋”，能精準(zhǔn)印證冰的存在與活動(dòng)，主要包括三類：

冰脊：冰川移動(dòng)時(shí)擠壓形成的長(zhǎng)條狀凸起，類似地球上冰川的 “運(yùn)動(dòng)軌跡”；

冰磧：冰川消退后，沿途攜帶的碎石、泥沙堆積形成的 “小山堆”，是冰川 “退去” 的直接證據(jù)；

腦紋地形：富冰地貌經(jīng)長(zhǎng)期地質(zhì)作用（如溫度變化、風(fēng)蝕）后，形成的布滿凹陷的 “迷宮狀地表”，因形態(tài)類似大腦紋理而得名。

通過將這些地貌特征的形態(tài)、朝向與氣候模型對(duì)比，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)鍵規(guī)律：無(wú)論在哪個(gè)冰川時(shí)期（約6.4億年前至9800萬(wàn)年前），冰層始終集中在隕石坑西南側(cè)的巖壁——這里溫度更低、更易形成陰影，是水冰留存的“理想?yún)^(qū)域”。

研究意義與價(jià)值

這項(xiàng)研究的價(jià)值遠(yuǎn)不止 “讀懂火星”，它既為人類未來的火星任務(wù)鋪路，也為地球的氣候研究提供了重要參考。

1.為火星探測(cè)“指路”：找到未來的“火星水源”

隱藏在隕石坑中的冰層，可能是人類登陸火星后的 “關(guān)鍵補(bǔ)給站”。通過 “原位資源利用（ISRU）” 技術(shù)，這些冰能實(shí)現(xiàn)多重價(jià)值,比如直接融化成飲用水；轉(zhuǎn)化為氧氣，供宇航員呼吸；分解為氫氣和氧氣，制成火箭燃料（解決 “從火星返回地球” 的燃料難題）等。

臼井教授指出：“了解這些長(zhǎng)期存在的冰層沉積物，能幫我們?yōu)闊o(wú)人探測(cè)器著陸、載人登陸選擇‘安全且資源豐富’的區(qū)域 —— 不用從地球攜帶全部物資，宇航員可‘就地取材’生存，這讓長(zhǎng)期火星任務(wù)更可行、成本更低。”

2.為地球氣候“預(yù)警”：從火星看水資源的脆弱性

火星冰層的持續(xù)縮減，是 “全球性氣候變化” 的典型案例 —— 它清晰展示了水資源系統(tǒng)如何應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期環(huán)境變化（如光照、溫度的持續(xù)改變）。

更重要的是，研究中用到的 “高分辨率成像分析”“地貌與氣候模型結(jié)合” 等技術(shù)，完全可用于監(jiān)測(cè)地球的冰川、永久凍土和隱蔽水源。如今，地球正面臨極地冰川消融、凍土退化等問題，火星的 “冰凍史” 能為地球水資源保護(hù)提供 “參照系”。

長(zhǎng)谷川博士強(qiáng)調(diào)：“火星就像一座天然實(shí)驗(yàn)室，讓我們能觀察冰層在數(shù)千萬(wàn)年間的變化規(guī)律。我們從火星獲得的洞見，同樣能加深對(duì)地球氣候過程的認(rèn)知?！?/p>

從火星的“冰凍往事”看未來

這項(xiàng)研究最終為我們勾勒出一幅完整的火星冰凍圖景：它曾多次在 “冰量豐富” 與 “冰量衰減” 間循環(huán)，卻終因每一次循環(huán)的 “冰損失”，慢慢走向干旱。

這些藏在隕石坑中的“冰層檔案”，不僅讓我們讀懂了火星的過去，更讓人類離“登陸火星、利用火星資源”的目標(biāo)更近了一步?；蛟S在不久的將來，當(dāng)人類真正踏上這顆紅色星球時(shí)，正是這些億萬(wàn)年前形成的冰層，將成為我們?cè)诹硪粋€(gè)世界生存、發(fā)展的“第一口生命之源”。

『天文濕刻』 牧夫出品

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火星上的古老奧甘奎特海灘

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