火星的冰冻史——火星水资源流失之谜有了新发现

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原作：Okayama University

翻译：刘海牧

校对：王茸 尹天任

审阅：缪征一

美编：周英杰

后台：李子琦

数十年来，科学家始终好奇：火星曾拥有多少水资源？又是什么让它从可能的 “湿润星球”，逐渐变成如今我们所见的干旱模样？

2025年9月2日，一项发表于国际期刊《地质学》（Geology）的新研究，为解开这些谜团提供了重要线索。研究团队将目光聚焦于火星陨石坑，这些陨石坑并非普通的 “地表凹陷”，而是天然的 “冰层档案库”，封存着火星亿万年的冰冻历史记录。

最终研究的核心结论令人瞩目：火星在数亿年间经历了多次冰河时代，但每一次冰期循环后，残留的冰层数量都在稳步减少，印证了这颗红色星球正处于缓慢的全球性干旱过程中。

解锁火星冰川密码

这项研究由日本冈山大学行星材料研究所的特里希特・鲁杰（Trishit Ruj）副教授牵头，联合日本三家顶尖科研机构的学者共同完成，形成了专业的 “火星冰冻史研究联盟”：团队成员包括日本高知核心样本研究所奥田华也博士、日本高知大学长谷川仁博士、日本宇宙航空研究开发机构宇宙科学研究所臼井智宏教授。研究团队通过分析火星北纬20°至45°之间陨石坑内保存的冰川地貌，成功还原了火星在漫长岁月中储存与流失水资源的完整过程。

火星的冰期循环，背后藏着一个与地球截然不同的 “气候开关”——自转轴倾斜角度（又称 “黄赤交角”）的剧烈变化。鲁杰博士解释道：“地球的自转轴倾斜角度相对稳定（约 23.5°），但火星的倾斜角度在数百万年间会大幅摆动。这种摆动会重新分配火星表面的光照，直接触发冰层‘累积 — 消融’的循环。”

具体而言，这个循环让火星气候呈现两种鲜明状态：

1.低倾斜期：冰层主要集中在极地冰盖，中纬度地区相对干燥；

2.高倾斜期：中纬度地区出现大范围冰川，陨石坑内开始逐步累积冰层——从稀薄分散的局部沉积，慢慢形成厚重广阔的冰体填充。

这些富冰沉积物不仅是火星过往气候变迁的“记录者”，还可能标示出过去火星上潜在的宜居区域。

火星自转轴倾斜角度（黄赤交角）的变化，会导致其气候在两种状态间切换：倾斜角度较小时，冰层主要集中在极地冰盖；倾斜角度较大时，中纬度地区则会出现大范围冰川。在这样的循环过程中，陨石坑内会逐渐累积冰层 —— 从稀薄且分散的局部沉积，逐步形成厚重且广阔的冰体填充。这些富冰沉积物不仅记录了火星过往的气候变迁，还可能标示出过去火星上潜在的宜居区域。

资料来源：日本冈山大学行星材料研究所 特里希特・鲁杰副教授

寻找冰川痕迹

要还原亿年前的火星冰冻史，科研人员靠的是 “太空千里眼”—— 美国国家航空航天局（NASA）“火星勘测轨道飞行器” 传回的高分辨率图像。

团队重点排查了带有 “冰川活动痕迹” 的陨石坑，这些痕迹就像火星冰川留下的 “指纹”，能精准印证冰的存在与活动，主要包括三类：

冰脊：冰川移动时挤压形成的长条状凸起，类似地球上冰川的 “运动轨迹”；

冰碛：冰川消退后，沿途携带的碎石、泥沙堆积形成的 “小山堆”，是冰川 “退去” 的直接证据；

脑纹地形：富冰地貌经长期地质作用（如温度变化、风蚀）后，形成的布满凹陷的 “迷宫状地表”，因形态类似大脑纹理而得名。

通过将这些地貌特征的形态、朝向与气候模型对比，研究团队发现了一个关键规律：无论在哪个冰川时期（约6.4亿年前至9800万年前），冰层始终集中在陨石坑西南侧的岩壁——这里温度更低、更易形成阴影，是水冰留存的“理想区域”。

研究意义与价值

这项研究的价值远不止 “读懂火星”，它既为人类未来的火星任务铺路，也为地球的气候研究提供了重要参考。

1.为火星探测“指路”：找到未来的“火星水源”

隐藏在陨石坑中的冰层，可能是人类登陆火星后的 “关键补给站”。通过 “原位资源利用（ISRU）” 技术，这些冰能实现多重价值,比如直接融化成饮用水；转化为氧气，供宇航员呼吸；分解为氢气和氧气，制成火箭燃料（解决 “从火星返回地球” 的燃料难题）等。

臼井教授指出：“了解这些长期存在的冰层沉积物，能帮我们为无人探测器着陆、载人登陆选择‘安全且资源丰富’的区域 —— 不用从地球携带全部物资，宇航员可‘就地取材’生存，这让长期火星任务更可行、成本更低。”

2.为地球气候“预警”：从火星看水资源的脆弱性

火星冰层的持续缩减，是 “全球性气候变化” 的典型案例 —— 它清晰展示了水资源系统如何应对长期环境变化（如光照、温度的持续改变）。

更重要的是，研究中用到的 “高分辨率成像分析”“地貌与气候模型结合” 等技术，完全可用于监测地球的冰川、永久冻土和隐蔽水源。如今，地球正面临极地冰川消融、冻土退化等问题，火星的 “冰冻史” 能为地球水资源保护提供 “参照系”。

长谷川博士强调：“火星就像一座天然实验室，让我们能观察冰层在数千万年间的变化规律。我们从火星获得的洞见，同样能加深对地球气候过程的认知。”

从火星的“冰冻往事”看未来

这项研究最终为我们勾勒出一幅完整的火星冰冻图景：它曾多次在 “冰量丰富” 与 “冰量衰减” 间循环，却终因每一次循环的 “冰损失”，慢慢走向干旱。

这些藏在陨石坑中的“冰层档案”，不仅让我们读懂了火星的过去，更让人类离“登陆火星、利用火星资源”的目标更近了一步。或许在不久的将来，当人类真正踏上这颗红色星球时，正是这些亿万年前形成的冰层，将成为我们在另一个世界生存、发展的“第一口生命之源”。

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

火星上的古老奥甘奎特海滩

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https://phys.org/news/2025-10-frozen-clues-mars-crater-deposits.html