火星全球彩色影像图发布！南北极的“白帽子”是冰还是水？

火星全球彩色影像图发布！南北极的“白帽子”是冰还是水？

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澎湃

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火星全球彩色影像图来了！
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中国天问一号！

4月24日，在2023年“中国航天日”主场活动启动仪式上，国家航天局和中国科学院联合发布了中国首次火星探测火星全球影像图。这一系列图片一经公布，立刻收到了网友们的好评和点赞。其中，不少网友特别关注到了火星北极区和南极区的影像，这两个区域的“白帽子”引发了广泛讨论。

“白帽子”到底是什么？

这些“白帽子”果真如网友所说是雪或水吗？还是别的物质呢？

这个问题其实早在18世纪末就曾被提出。当时，英国科学家斯托尼就曾设想白色物质是固体二氧化碳，即我们俗称的“干冰”。到了20世纪中叶，天文学家柯伊伯使用分光技术观测，推测白色物质是水冰而不是干冰。但受当时科学技术所限，这些都只能停留在猜测阶段。

直到人造探测器对火星进行了多次探测，人类才正式确认极冠中含有85%的二氧化碳干冰和15%左右的水冰。这是对火星认识的巨大进步，也是对先人科学假想的证据回应。

火星极冠含有水冰和二氧化碳冰。 图片来源：Science

火星冰帽的季节性变化

火星的自转轴倾角为25.19度，与地球非常接近，因此火星也存在四季变化。那么，火星南北极“冰帽”也会像地球上南北极的海冰一样有季节性消长吗？

答案是肯定的，但这个过程远不如地球上“温和”。因为火星上的极地冬天可要比地球上最冷的冬天冷得多（–153℃）。

春去秋来，当火星变得足够冷，二氧化碳气体可以直接从大气中凝华成雪或霜。随着秋季气温下降，每个极地地区都会形成“云层”。它们合并成密集的水冰云和二氧化碳冰云。从云层落下的雪和霜覆盖了极地的大部分地区，形成了广阔的季节性冰盖。

在火星上，到了春夏，干冰会从固态变成气态，并导致表面受到侵蚀，只留下刻在表面的类似蜘蛛一样的通道。来源：NASA/JPL/亚利桑那大学

冬季火星北极极区有时会扩张到北纬55度，天暖时又回缩，这个过程会导致大气气压的变化，形成很大的风，所以极区的边缘也容易出现尘暴。

火星极冠的地质结构

火星两个极冠都包含相同（或相似）的四个地质单元，像煎饼一样堆叠：

1. 顶部单元是由二氧化碳冰形成的季节性冰帽。它在火星的每个秋冬季形成，并在春季变暖进入夏季时消失。
2. 在它下面是一个残留的水冰冰盖，它的大小至少在数百年内保持稳定。
3. 残留冰盖下方是极地层状沉积物，它们构成了极地冰盖的大部分体积。这些层状沉积物是由数千层薄薄的水冰和从大气中掉落的尘埃混合而成的。科学家们推测这些层是数十万年或更长时间气候变化的结果。

展望未来

已知火星上有水的存在，那么在未来的某一天，我们是否能如科幻电影中描述的那样，在火星上生活？现在依然存在未知。但正如这段历史中人类的不断求索，正如赵宇鴳说的科学家的“神往”那样，只要探索的脚步不停，我们距离那一天的来临就会越来越近。

资料来源：

• 中国的航天《火星的两极也是冰雪世界吗？》
• space.com "Wind and Snow Do Strange Things on Mars"
• 科技日报《火星“景点”各有特色，“天问”靠科学解决选择困难症》
• NASA "Dry Ice on Mars"

文章来源：澎湃新闻