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火星极地冰流缓慢的五十年之谜已解开

导读 火星极地冰盖是火星上发现的首批类似地球的特征之一。自19世纪电影发展以来,研究人员一直期望看到类似地球的活动,例如极地冰流。然而,火...

火星极地冰盖是火星上发现的首批类似地球的特征之一。自19世纪电影发展以来,研究人员一直期望看到类似地球的活动,例如极地冰流。然而,火星并没有按照预期发展。

1971年,水手9号首次观测到火星南极冰层,引发了一场长达50年的关于冰层是否流动的争论。每次出现对流动的解释,都会很快被新的观测结果排除。

50年来,研究人员一直在努力解释这种静止的冰层。现在,行星科学研究所高级科学家艾萨克·史密斯领导的一篇新论文给出了答案:这种由不同物质层构成的冰层可能被这些物质层固定住。

火星极地冰盖的高分辨率图像揭示了复杂的分层结构。这些冰盖厚约2-3公里(1.2至1.9英里),横跨火星两极1,000多公里(600英里)。这些冰盖主要由水冰构成。冰盖下方是复杂的地貌,包括陡坡和悬崖。

研究人员曾预计这些地区的冰流速度可达每年1米,即使是最保守的流量预测也预测每年的流量为10厘米。这种运动速度在现代任务短时间内拍摄的图像中是可见的,因为它们能够分辨出小至1.2-2.4米(4-8英尺)的特征。长时间流动也应该在其他特征中可见,例如冰碛(或碎石堆)、冰崖凹陷和层扭曲。在两个极地冰盖的任何位置都看不到这些。

鉴于缺乏支持流动冰的观测数据,正如史密斯所说,“那么,问题是,为什么冰的移动速度比预测的要慢,它到底有多慢?我们有一个上限,所以让我们来测试一些假设。在我的论文中,我研究了四种假设,看看它们是否可以减缓冰的移动速度。”

在《伊卡洛斯》杂志上发表的一篇论文《火星极地层状沉积物中无法探测到流动的假设》中,史密斯对四种不同的情形进行了复杂的计算:1)冰太冷而无法移动,2)冰中的杂质使其速度减慢,3)其均匀的物质混合物减缓了流动,4)冰的分层方式独特,使冰的流动速度减慢到无法测量。

虽然这四种假设听起来都有可能,但数学模型表明,在前三种情况下,冰应该仍然明显在移动并留下痕迹。只有在最后一种分层景观模型中,冰才固定在原地。

“这些层类似于制作烤棉花糖或奥利奥饼干——硬层中间有软层。如果你把足够多的奥利奥饼干堆叠在一起并挤压,就会有一些流动,但远不及混合奥利奥碎屑那么多,”史密斯解释说。“层模型可以将速度降低几个数量级——足以匹配观察到的运动(或缺乏运动)。”

随着我们建立模型来了解太阳系内冰川的多样性,我们开始明白为什么物理现象在任何地方都是一样的,但特定的局部条件却使事情变得截然不同。我们很容易想象火星和地球一样,也许曾经是,但在过去大约10亿年里,火星的气候独特而恶劣,留下了与地球截然不同的特征供我们研究。

“早在珀西瓦尔·洛厄尔时期,研究人员就已经开始考虑火星极地冰盖问题。洛厄尔甚​​至考虑过利用流动的冰和运河来帮助火星上的人们,”史密斯在谈到洛厄尔在19世纪末和20世纪初的研究时说道。

“我们需要先了解基本的物理原理,然后才能更深入地了解其他星球上发生的事情。这是非常深奥的。很少有人研究其他星球上的冰盖动态,但更多的人关心火星上的冰的历史。如果没有适当的背景,我们可能会被误导数十年。

“搞清楚这一点意味着要知道哪些过程是活跃的,哪些不是。我认为这篇论文让我们更接近理解为什么火星上的冰会以不动的方式运动。”

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