火星北极的尘埃比科学家认为的更少：新研究揭示冰层结构

引言

尽管火星可能曾经与地球相似，但如今这颗红色星球看起来远非宜居。然而，某些细节——例如被冰封的水——仍然激发着研究者的好奇心。与地球一样，火星上的冰层保存着过去气候的宝贵记录，这些记录可能揭示这颗行星是否曾经或仍然存在生命。除了两极偶尔暴露的冰层外，火星上大部分冰层都埋藏在布满尘埃的表面之下。尘埃通过使冰层变暗来影响气候，从而改变反射回太空的阳光量。华盛顿大学的一项新研究发表在《npj太空探索》上，表明火星北极的尘埃比科学家之前认为的要少。

研究背景与争议

“我们知道火星北极周围区域存在水冰，但关于这些冰层到底有多脏，一直存在广泛分歧，”华盛顿大学应用物理实验室的高级研究科学家阿迪蒂亚·库勒说。“如果冰层更脏，它就会更暗。就像在阳光下穿深色T恤会让你更热一样，脏冰在火星上会变得更热，蒸发得更快。”此前，科学家对火星北极冰层中尘埃含量的估计存在巨大差异，有的认为高达25%的质量分数。这种不确定性影响了我们对火星气候历史的理解，因为尘埃含量直接影响冰层对太阳辐射的吸收和反射。

地球测试方法应用于火星冰层

我们对地球气候如何随千年演变的许多认识，都来自对冰芯的采样。科学家钻入极地冰层深处，提取出包含当地大气记录的长圆柱体。就像树的年轮一样，这些记录可以追溯到地球历史的古老时期。但在地球上这并非易事，在火星上则更加复杂。美国国家航空航天局在50年前庆祝了首次成功登陆火星的任务。2008年，凤凰号火星探测器成功在北极附近采样了冰层，这是1999年极地着陆器在南极附近失踪后的一次重大胜利。

华盛顿大学的研究人员利用凤凰号任务的数据，结合轨道卫星的观测，完成了这项研究。几年前，库勒发现研究人员分析火星冰层物理性质的方式存在差异。主流方法是为研究月球土壤而开发的，但当库勒在地球上检验其准确性时，结果似乎有偏差。在这项研究中，最近从华盛顿大学地球科学专业毕业的帕里·莫汉与库勒合作，使用不同的方法重新进行了计算。他们的方法基于华盛顿大学地球与空间科学名誉教授、雪冰分析专家史蒂夫·沃伦开发的方法。“他的方法已成功用于研究地球上的雪和冰数十年。所以我认为将这些经过地球验证的方法应用于火星会很有趣，”库勒说。

研究结果：冰沙三明治结构

研究结果表明，火星北极的冰层结构“像冰沙三明治”，较脏的冰层夹在较干净的冰层之间。每年冬天，一层布满尘埃的霜冻会在冰层上形成，并在夏天消失，露出更古老、更干净的冰层。此前估计认为，极地冰层顶层含有高达25%的尘埃（按质量计），但这项研究显示这一数字接近3%。“通过观察亮度随时间的变化，我们发现冬天会形成一层霜冻，这层霜冻更脏。在火星夏季，它消失，露出更干净、更古老的冰层，”库勒说。这些冰层包含了数千年前火星气候的关键细节，当时这些冰层被认为是由降雪形成的。

火星冰期与气候记录

火星经历了大规模的冰期，这些冰期在火星约三分之一的表面沉积了浅层冰。地球因月球的引力牵引而保持稳定，而火星只有两颗小卫星，因此“剧烈摆动”，库勒说，这导致了这些剧烈的冰期。冰层中的尘埃含量变化就像气候的档案，记录了不同时期的大气条件。通过分析这些冰层，科学家可以重建火星过去的气候变化，了解其如何从可能温暖湿润的环境演变为如今寒冷干燥的沙漠。

脏冰作为潜在栖息地

在之前的一项研究中，库勒和同事提出，尘埃和冰层可能为火星上的生命创造条件。暗色层有助于捕获阳光，并在冰层内形成融水口袋。这些口袋富含来自尘埃的营养物质，可能为细菌和原始生命形式提供栖息地。在地球上，冰层中类似的浅层脏融水口袋在夏季常常充满生命。冬季，液态水冻结，微生物进入休眠状态，直到下一个夏季。“火星和地球都有这些相似的水冰和尘埃层，这很有趣，”库勒说。“为什么一颗行星有生命，而另一颗没有？”揭示气候细节有助于推进这一问题的解答，但回答这个问题可能需要数年时间。

未来展望

库勒希望将这些改进的方法应用于火星其他区域，以进一步扩展这项工作。通过更精确地了解火星冰层的尘埃含量和粒度分布，科学家可以更好地模拟火星的气候历史，评估其宜居性潜力，并为未来的火星探测任务提供指导。这项研究不仅修正了我们对火星北极的认识，也为理解火星全球冰层分布和演化提供了新工具。

结论

华盛顿大学的研究通过采用经过地球验证的雪冰分析方法，重新评估了火星北极冰层的尘埃含量，发现其远低于此前估计，仅为约3%而非25%。这一发现揭示了火星北极冰层独特的“冰沙三明治”结构，即冬季形成的脏霜在夏季消失，露出更干净的古老冰层。这些结果不仅有助于更准确地重建火星气候历史，还暗示了脏冰层可能作为潜在微生物栖息地的可能性。随着未来火星探测任务的推进，这些改进的方法将帮助我们更深入地探索这颗红色星球的奥秘。

原标题：The north pole of Mars is less dusty than scientists thought。 来源：phys.org。

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