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　　說(shuō)起地球的南極和北極，大家的腦海中立刻就會(huì )浮現冰天雪地、白雪皚皚的畫(huà)面。那么，地球的鄰居——火星，也就是鋼鐵俠馬斯克口中說(shuō)要移民的星球，它的南北極又是怎樣的呢?會(huì )不會(huì )也是冰天雪地的壯麗模樣?

　　地球南北極(圖片來(lái)源：NASA)

　　初見(jiàn)火星兩極

　　17世紀末，荷蘭天文學(xué)家惠更斯利用自己設計的精密望遠鏡，首次發(fā)現火星南北極都擁有一個(gè)巨大的“白斑”，像是戴著(zhù)白色的帽子。雖然這位天文大家當時(shí)到底看到的是什么樣的景象我們不得而知，但后來(lái)人類(lèi)通過(guò)努力，拍到了紅色星球戴著(zhù)白色帽子的“證件照”。

　　地球和火星都戴著(zhù)白色帽子(圖片來(lái)源：NASA)

　　對比發(fā)現，地球和火星都戴著(zhù)白色帽子。帽子，在古代也稱(chēng)為“冠”。我們中國人給火星兩極的“帽子”起了個(gè)文雅的名字——“極冠”，西方英文則是“Martian polar ice cap”。

　　近觀(guān)火星極冠

　　我們可以看到，火星南北兩極被厚厚的白色物質(zhì)所覆蓋，白色物質(zhì)與紅棕色地區有鮮明的對比，還可以觀(guān)測到強風(fēng)和暴風(fēng)雨的痕跡。這樣的場(chǎng)景，讓我們不禁聯(lián)想到地球南北兩極的冰天雪地。有時(shí)候，火星上還會(huì )有白云出現，遮掩火星表面的地質(zhì)特征，使人類(lèi)火星軌道探測器無(wú)法拍攝清楚。

　　火星兩極極冠(圖片來(lái)源：NASA)

　　2006年火星北極極冠照片(圖片來(lái)源：ESA)

　　神秘的白色物質(zhì)

　　看起來(lái)像帽子又像拿鐵上拉花的白色物質(zhì)到底是什么?先人們尋找答案的腳步從未停歇。18世紀末，英國科學(xué)家斯托尼就曾設想白色物質(zhì)是固體二氧化碳，即我們俗稱(chēng)的“干冰”。到了20世紀中葉，天文學(xué)家柯伊伯使用分光技術(shù)觀(guān)測，推測白色物質(zhì)是水冰而不是干冰。受當時(shí)科學(xué)技術(shù)所限，斯托尼和柯伊伯也只能停留在猜測的階段。

　　直到人造探測器對火星進(jìn)行了多次探測，人類(lèi)才正式確認極冠中含有85%的二氧化碳干冰和15%左右的水冰。這是對火星認識的巨大進(jìn)步，也是對先人科學(xué)假想的證據回應。

　　極冠含有水冰和二氧化碳干冰(圖片來(lái)源：Science)

　　隨季節變化的火星極冠

　　火星探測器傳回的照片顯示，火星表面大部分地區都是砂石林立、塵土飛揚的干燥荒蕪世界，那么兩極極冠是如何形成的呢?

　　依照地球上的生活經(jīng)驗，看到白雪皚皚、冰天雪地的冰凍世界第一感受當然是“冷”了。作為地球“姊妹星”的火星，也像地球一樣，有冬夏輪回。火星與太陽(yáng)的距離比地球遠，表面平均溫度比地球低，平均溫度約-60℃，兩極的溫度甚至更低，這使得火星兩極主要由水冰和干冰組成的物質(zhì)永久存在。

　　火星極冠會(huì )不會(huì )隨季節而變化?早在20多年前，人類(lèi)就已經(jīng)利用哈勃望遠鏡觀(guān)測到火星極冠的變化了。地球上有一年四季的變化，火星也一樣，北極極冠在每年火星的夏天會(huì )蒸發(fā)掉約1米的干冰層，而火星南極的干冰層厚度約8米，在整個(gè)夏季來(lái)不及全部蒸發(fā)。這就導致火星極冠每年都會(huì )發(fā)生變化，與地球南北極冰雪變化類(lèi)似，夏天溫度高的時(shí)候，冰雪融化，極冠范圍就會(huì )縮小，而一到冬季，由于氣溫下降，大氣中的二氧化碳開(kāi)始凝華，極冠范圍隨之變大。水和二氧化碳憑借升華與凝結往返于極冠與大氣之間，構成了現今火星氣候重要的一環(huán)。

　　望遠鏡觀(guān)測到的火星北極極冠變化圖(圖片來(lái)源：美國亞利桑那大學(xué))

　　極冠不僅蘊含液態(tài)水湖，還有隕石坑冰湖

　　不論水冰或是干冰，難道極冠就只有固態(tài)“冰”嗎?早在2018年，意大利科學(xué)家?jiàn)W羅塞(R.Orosei)團隊就利用“火星快車(chē)號”(Mars Express)軌道器上的雷達數據，發(fā)現火星南極極冠下面1.5千米處存在20千米寬的液態(tài)水體。而就在2020年9月28日，借助該軌道器上新的雷達數據，意大利行星科學(xué)家勞洛(S.E. Lauro)團隊最新發(fā)現南極烏爾蒂馬斷崖群(Ultimi Scopuli)下面有3個(gè)液態(tài)水體，其中最大的水體長(cháng)約20千米×30千米。這是人類(lèi)火星探索之旅的重大發(fā)現——原來(lái)火星上不是肉眼看到的干燥荒蕪!

　　除了地下層蘊含液態(tài)水體外，在火星北極地區大奧林匹亞·昂達沙丘場(chǎng)的南部，有個(gè)保持完好的隕石坑——科羅列夫(Korolev)隕石坑。該隕石坑底部位于其邊緣下方兩公里處，包圍著(zhù)一個(gè)約1.8千米厚的圓頂狀沉積物，是水冰和干冰的合物。冰上的空氣在冷卻后比周?chē)目諝庵兀虼丝屏_列夫隕石坑內的“冰”永久穩定存在。由于空氣是熱的不良導體，因此水冰層可以有效地避免被加熱和升華。

　　隕石坑冰湖(利用數字地形模型和“火星快車(chē)號”探測數據合成制作)(圖片來(lái)源：ESA)

　　
　　地球上，水是生命之源，是人類(lèi)生存的寶藏。

　　火星上，水冰資源的發(fā)現無(wú)疑令人欣喜。

　　人類(lèi)正派出火星探測器奔向太空、開(kāi)往火星，期待這些“先鋒們”挖掘出更多“寶藏”，獲取更多發(fā)現!