火星，這顆赤紅色的星球，一直以來在人們心中都是干旱荒蕪的代名詞。

然而近年來，科學家們卻在這顆星球最溫暖的赤道地區(qū)，發(fā)現(xiàn)了令人難以置信的巨大冰層，它們靜靜地潛伏在火星地表之下，仿佛在訴說著一個關于冰與火的傳奇故事。

更令人驚訝的是，這些冰層的形成，很可能與火星遠古時期異常猛烈的火山噴發(fā)有著千絲萬縷的聯(lián)系。

而這一發(fā)現(xiàn)，或許將為人類未來的火星定居計劃打開一扇新的大門。

紅色星球的“冰山”真容

在火星赤道地區(qū)，午后的氣溫可以攀升到20余攝氏度，堪比地球上的春日。

然而就在這片溫暖的土地之下，卻隱藏著巨大的冰層。

這一發(fā)現(xiàn)徹底顛覆了科學家對火星的傳統(tǒng)認知。

多年來，科學家們早已知道火星上存在水冰，但一直認為這些冰主要儲存在火星的極地地區(qū)。

火星的兩個極冠主要由水冰組成。

當極地的冬天來臨，火星大氣中25%-30%的二氧化碳會凝結成干冰覆蓋在極冠上。

相比之下，火星赤道地區(qū)一直被認為是干燥的。

直到近年來，軌道雷達的探測數(shù)據(jù)逐漸揭開了赤道冰層的面紗。

通過NASA火星勘測軌道飛行器和火星奧德賽軌道器收集的數(shù)據(jù)，科學家們成功繪制了火星水冰分布圖。

結果顯示，在火星赤道地區(qū)地表以下僅一英寸的地方，就存在著水冰。

NASA噴氣推進實驗室的研究人員西爾萬·皮克斯對此形象地描述：“你不需要用反鏟就可以挖出這塊冰，用鏟子就可以了?！?/p>

這些冰層并非零星分布，而是形成了大規(guī)模的沉積。

在火星的八個不同地點，科學家們發(fā)現(xiàn)了地下冰川，有些深度僅有數(shù)英尺，有的則深達百米。

這些冰川的成分被分析為 “近乎純冰” ，這意味著它們可以被直接利用，幾乎不需要復雜的凈化過程。

冰層從哪里來？

火星赤道冰層的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了一個關鍵問題：這些冰是如何形成的？

畢竟，按照常理，火星最熱的地方不應該有如此豐富的冰資源。

科學界對此提出了多種假說，其中最引人注目的就是火山噴發(fā)成因理論。

近年來，一項發(fā)表在《自然·通訊》雜志的研究為這一理論提供了有力支持。

研究顯示，早期火星的爆炸性火山活動可能將大量水蒸氣噴射到大氣中。

在火星較低的重力環(huán)境下，這些火山羽流甚至可以達到地面65公里以上的高度。

一旦進入大氣，水蒸氣會凝結成冰晶，并以雪的形式落下。

這些雪逐漸壓縮成冰，并被火山灰層覆蓋，這些塵埃就像一條隔熱毯，防止冰層升華到太空，從而幫助它們保存至今。

這項研究的領銜科學家賽拉·哈米德形象地比喻：“這就是一個關于冰與火的故事?！?/p>

火山噴發(fā)機制之所以如此有效，關鍵參數(shù)在于噴發(fā)的強度和持續(xù)時間。

模擬顯示，維持5火星日的10^9 kg/s水質(zhì)量噴發(fā)率可向大氣中注入總質(zhì)量達4.4×10^14千克的水蒸氣。

這些水蒸氣最終會形成冰層，最大積累量可達1340-1430千克/平方米，相當于約1.5-1.6米的厚度。

另一種理論認為，火星的傾角（相對于太陽的傾斜度）可能在歷史進程中發(fā)生了巨大變化，導致赤道地區(qū)曾一度成為火星的極區(qū)。

但哈米德指出：“當出現(xiàn)了這些火山塊噴發(fā)，就不需要從火星其他地區(qū)輸送冰塊，也不需要改變傾角，這更簡單?！?/p>

火星氣候的滄桑變遷

要真正理解火星赤道冰層的形成，我們必須回顧火星漫長而復雜的氣候歷史。

大約40億年前，火星的氣候可能與今天截然不同。

一些科學家認為，那時的火星表面可能比較溫暖，偶爾還會下雨，年降水量可能與地球半干旱地區(qū)相似。

日本工業(yè)大學地球生命科學研究所的拉米斯?拉米斯和美國國家航空航天博物館的羅伯特?克拉多克的研究表明，早期火星可能是溫暖而非冰冷的。

火星表面的火山活動釋放出二氧化碳、氫氣和甲烷，可能導致溫室效應，促使氣候變暖，帶來降水。

然而，大約35億年前，情況發(fā)生了戲劇性變化，火星失去了它的大部分大氣層。

今天，火星的大氣層非常稀薄，無法阻止水分的蒸發(fā)。

如果現(xiàn)在火星表面上有水，會立即蒸發(fā)掉。

正是在這樣的環(huán)境巨變中，火山噴發(fā)形成的冰層被保存下來，成為火星濕潤過去的“時間膠囊”。

火星勘測軌道飛行器發(fā)現(xiàn)的表層冰層與沙層交替沉積結構，證實火星曾經(jīng)歷干濕氣候循環(huán)。

祝融號火星車的數(shù)據(jù)顯示，約40萬年前末次冰期結束時，火星風向偏移近70度，沙丘形態(tài)由新月形轉(zhuǎn)變?yōu)榭v向暗沙壟，標志著全球性氣候轉(zhuǎn)變。

未來火星任務的關鍵資源

對于未來載人火星任務而言，赤道冰層的發(fā)現(xiàn)無疑是個重大利好。

水是維持人類生命的必需品，不僅是宇航員需要喝水，種植作物也需要水，甚至制造返回地球所需的火箭燃料也離不開水。

沒有可供使用的液態(tài)水是人類登陸火星面臨的一大障礙。

赤道地區(qū)本身就被認為是火星任務著陸的最佳地點，因為那里的大氣條件有助于減緩著陸器的速度。

現(xiàn)在，加上水冰資源的存在，這一地區(qū)更加具有吸引力。

美國 Aerospace Corporation 的史蒂芬·霍夫曼領導的研究團隊已經(jīng)模擬了在火星冰川上鉆井、融化冰取水的過程。

他們考慮利用一種被稱為“羅德井”的技術，這種技術自1960年代被發(fā)明以來，一直被用于在偏遠地區(qū)提供水源，例如阿蒙森-斯科特南極考察站。

羅德井的原理是從地表鉆井，鉆到冰層上，通過融化冰制造一個蓄水池，然后抽取蓄水池中的水。

通過持續(xù)對蓄水池加熱，就可以獲得源源不斷的液態(tài)水。

在火星上，一口羅德井每天可以生產(chǎn)出約380升水。

亞利桑那大學月球和行星實驗室研究人員謝恩·伯恩強調(diào)：“人類到哪里都離不開水，隨身攜帶水非常不方便。”

“之前，我們設想的在火星上獲取水的方法是從空氣或巖石中獲取水。

現(xiàn)在，我們設想通過火星地表下的冰層獲取水。這里不需要高科技的解決方案，只需要一個水桶，就能獲得足夠的水?！?/p>

盡管前景誘人，科學家們也提醒需要保持謹慎。

華盛頓特區(qū)史密森學會的湯姆·沃特斯表示：“一開始出行，你要帶足夠的水，萬一我們完全搞錯了，雷達上發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的物質(zhì)。”

“我不會只帶一把鏟子，就以為會低水就走。鏟子帶子，但也要帶足夠的水?！?/p>

NASA的研究顯示，火星赤道以北和以南地區(qū)的水冰分布，特別是北半球，因更易管理的地形和更厚的大氣層，更適合作為載人任務的著陸點。

隨著人類對火星了解的深入，那個曾經(jīng)只存在于科幻小說中的“火星綠洲”夢想，正一步步走向現(xiàn)實。

或許在不遠的將來，人類真的能在火星上鉆井取水，看著紅色沙漠上崛起的定居點，回想這個關于冰與火的傳奇故事。