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火星未来着陆区地下冰层概率评估
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火星水的分布与人类探索需求
人类已知火星极地存在水冰，但真正的载人任务更倾向于在赤道附近着陆，因为那里更温暖，阳光更充足，有利于太阳能设备运行。然而，火星低密度大气导致冰层极易升华——从固态直接变为气态。NASA的凤凰号着陆器曾在高纬度地区用铲子挖出几厘米深的埋藏冰，并观察其升华过程。对于中纬度区域的宇航员来说，若要获取水冰，必须挖掘更深的地下。
水是生命支持的关键资源，同时也是制造火箭燃料的原料。行星科学研究所的Hanna Sizemore指出，挖掘出的水冰可转化为肼（hydrazine），作为返回地球的火箭推进剂。这种原位资源利用技术能显著降低人类火星任务的载荷和质量成本。
热图揭示地下冰层
Sizemore和Samuel Courville是火星地下冰层制图（SWIM）团队成员，该团队利用NASA火星全球勘测者号的热辐射光谱仪（TES）和火星侦察轨道器的火星气候探测仪（MCS）获取的热数据，定位距地表约1米内的水冰。这些仪器记录了火星表面和大气如何随昼夜和季节变化而升温或降温。通过分析冷却和升温速率，研究人员可以推断地下物质组成。例如，覆盖在冰层上的干沙与覆盖在沙层上的结壳沙，其温度变化曲线截然不同。
这并非首次绘制此类地图。在Sizemore发表于《行星科学期刊》的新论文中，SWIM团队的地图与其他两种基于不同数据处理技术的先进地图进行了对比。“从轨道温度测量推算冰层埋藏深度非常复杂，”Sizemore说，“不同仪器（TES与MCS）、不同数值模型以及大气条件（如尘埃含量）的差异都会影响结果。如果仅依赖单一仪器和模型，不确定性很大。通过多种数据和模型制作多张地图，我们可以合并结果，从而更准确地确定冰层的存在与否，尤其是在冰区的边界地带。”
将不确定性转化为着陆指导
总体而言，对比地图显示良好的一致性，但差异点正是需要新数据来理解的地方。这些区域适合未来机器人探测，但可能不适合首批人类着陆。Courville在另一篇论文中引入概率统计方法，为水冰地图添加置信度等级。
“以往的SWIM方法只是评估轨道数据是否与冰层一致，而新论文正式量化了冰层实际存在的概率，”Courville说。Sizemore补充道：“冰置信度告诉我们在某个位置某种制图技术发现了冰，但另外两种没有。而统计方法可以量化：我们到达某个位置后找到冰的概率是64%。”
缺失的深度范围
当前数据仅能探测火星表层1米内的物质。现有雷达技术可探测大于5米深度的冰层，但1至5米的中等深度区间仍是盲区。要填补这一空白并提高地图确定性，需要部署高频雷达。这正是当前水冰地图的最大不确定性来源。
两篇论文均发表在《行星科学期刊》“人类探索火星：资源与科学目标”焦点专刊中，该专刊还包含SWIM团队对更深冰层的分析。随着未来任务和技术的进步，人类对这颗红色星球的认知将持续深化。
参考文献
- Hanna G. Sizemore et al., Thermal Detectability of Subsurface Water Ice on Mars: A Comparative Analysis for the Subsurface Water Ice Mapping (SWIM) Project, The Planetary Science Journal (2026). DOI: 10.3847/psj/ae7b38
- Samuel W. Courville et al., Subsurface Water Ice Mapping on Mars: A Probabilistic Approach, The Planetary Science Journal (2026). DOI: 10.3847/psj/ae8904
原标题：Laying odds on the potential for Martian water near future landing zones。 来源：phys.org。