地球：“我有過5次冰期”火星：“我有過20次”

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圖片說明：火星希臘平原地區三個隕擊坑下面的冰川。左圖是現在被岩石碎片覆蓋的樣子，右圖是它被假想的冰層覆蓋的樣子。該圖像是利用火星勘測軌道飛行器（MRO）上的全景相機（CTX）拍攝的圖像數據，結合在 MRO 上的淺層雷達（SHARAD）和來自火星快車探測器的高分辨率立體相機數字高程圖創建的。

圖片來源：美國宇航局/加州理工學院/JPL/UTA/UA/MSSS/ESA/DLR

就像在地球上一樣，在遙遠的過去，冰川曾經遍布火星表面。但是，地球的大部分冰川已經消退，並且仍在不斷縮小，而火星的冰川則仍被凍結，並被岩石碎片所覆蓋。科學家們還不確定火星上是否曾有一個超長的冰期，或者是曆經數百萬年期間的多個冰期。現在，紐約州科爾蓋特大學的研究人員宣布的一項新研究正在揭開真相。它表明，在過去的幾億年裏，火星經曆了6到20個冰期。

2021年1月26日，該項研究的同行評審的結果發表在《美國國家科學院學報》（PNAS）上。

科爾蓋特大學的行星地質學家喬·利維領導的研究小組打算通過研究位於冰川頂部的岩石來更詳細地分析冰川。這些岩石碎片已經覆蓋了冰凍的冰層超過3億年。利維表示："冰上的所有岩石和沙子都留在了地表，這就像把冰放在那些沉積物下的冰箱裏一樣。"

利維和他的同事們計劃研究冰川頂部的岩石大小、分布和數量。如果由於風化原因，岩石的大小沿坡度是均勻分布的，那將意味著存在一個漫長的冰期，而不是多個冰期。

圖片說明：新的研究表明，火星冰川上的巨石集中在冰川表面的不同區帶中，表明數億年來存在多個冰期。

圖片來源：利維等人/PNAS/科爾蓋特大學

研究人員利用美國宇航局火星勘測軌道器（MRO）拍攝的45個冰川的圖像進行研究。MRO上的攝像機功能強大，分辨率可達每像素 25 厘米。正如利維所說，它可以分辨出類似一張餐桌大小的東西。

利用兩個夏天，10名科爾蓋特大學學生通過計算和測量圖像中看到的大約6萬塊大石頭來幫助利維研究。利維表示：

"我們做了一種虛擬的野外工作，在這些冰川上走來走去，繪制巨石圖。"

利維原本期望能看到這些巨石按大小均勻分布，但圖像中並沒有顯示這一特征。相反，岩石是隨機散落的，這得出了一個有趣的結論，利維說：

"事實上，這些巨石告訴我們一個不同的故事。重要的不是他們的大小，而是它們如何分布。"

圖片說明：火星勘測軌道器的HIRISE相機所看到的保存完好的火星冰川。

圖片來源：美國宇航局/JPL/亞利桑那大學/亞利桑那州立大學

研究小組意識到，這些岩石一直在冰川內活動，因此沒有如預期那樣風化。它們還被分批帶到冰川不同的區帶中，這表明數百萬年來火星存在多個冰期，並且它們有著截然不同的流向，這顯然不僅僅是一次大冰期事件。

為此，研究人員得出結論，火星在過去3億到8億年間經曆了6到20個不同的冰期。利維詳細闡述道："這篇論文是佐證數億年來火星軌道及其傾角第一個地質證據。這些冰川是小小的時間膠囊，記錄了火星大氣的演化。現在我們知道，我們可以接觸到數億年的火星歷史，不必鑽入火星的地殼，僅僅是沿著火星表面溜達一圈就夠了。"

該論文指出：

一大爭議是，火星全球被碎片覆蓋的冰川沉積物是否是在過去3億至8億火星年之間連續形成的。同樣存有爭議的還包括，它們是否在火星軌道傾斜最大期間（持續1萬至10萬火星年）冰川堆積的斷續發作中形成。我們的成果揭示，就像地球上古老的被碎片覆蓋的冰川一樣，在火星冰川沉積物上的巨石表明冰層的多次積累和推進。在我們的分析中，伴隨著冰川期之後的，是冰川堆積區中的融冰形成的碎片帶。我們發現火星碎片覆蓋的冰川記錄顯示有大約5到6個冰期/間冰期，這表明火星上冰川是由火星在數千萬到數億火星年跨度間受軌道傾斜形成的，而不是在單個12萬火星年軌道傾斜周期所導致的。

圖片說明：喬·利維，科爾蓋特大學的行星地質學家，新冰川研究的主要作者。

圖片來源：科爾蓋特大學

這一結果對了解火星的歷史有著重要的意義。冰期發生在火星自轉軸的傾斜變化中。這對火星的氣候和宜居性有直接影響。我們地球的自轉軸傾斜也是季節形成的原因。

科學家們想知道這些冰川中還有哪些種類的岩石和氣體，它們將是尋找古代微生物化石或其他生物標志物的一個很好的地方。正如利維所說：

“如果有生物標志物被風吹來吹去，這些標志物也會出現在冰中。"

火星在變冷變乾燥之前是否也曾溫暖潮濕，或氣候一直陰冷，冰川可以提供線索。這是一個爭論不休的問題——因為有充分證據表明，火星曾經有湖泊，河流，甚至海洋；但尚缺乏證據表明火星氣候曾經足夠溫暖，以及它擁有足夠厚的大氣層和廣泛的液態水——這是一種行星悖論。利維說道：

我們還有許多工作要做，包括找出火星氣候歷史的細節，即在何時何地，火星是足夠溫暖和潮濕，以產生海洋和淡水。

圖片說明：冰沉積在火星上很常見，例如在北極附近的科羅列夫隕擊坑，裏面充滿了水冰。這張照片是由火星快車探測器拍攝的。

圖片來源：歐空局/CNN

賴斯大學的另一項新研究表明，火星介於暖濕和幹冷兩種情景之間，氣候與冰島相似，氣候寒冷，但液態水還不至於結冰。賴斯大學的邁克爾·索普提到了好奇號火星車的著陸點——蓋爾隕擊坑。他表示：蓋爾隕擊坑的沉積岩詳細描述了可能介於這兩種情況之間的氣候。古老的火星氣候可能是寒冷的，但似乎在很長一段時間裏也能維持湖泊中存在液態水。

冰島是最接近古代火星的地球環境之一，包括其玄武岩地形以及通常低於3攝氏度的溫度。冰島的沙子和泥漿的組成也是最接近火星的成分。上述結論來自標准化學變化指數（CIA）的分析，該指數用於從樣品的化學和物理風化推斷過去的氣候。

一句話總結：科學家現已經確定，在過去的數億年裏，火星經曆了6到20個冰期。

來源：牧夫天文

來源： 國家空間科學中心