新证据表明火星的南极冰盖下可能有液态水

他们的发现与之前的穿冰雷达读数是一致的，这些读数最初被解释为表明冰下可能存在一个液态水区域。对于仅基于雷达数据的液态水的解释存在分歧，一些研究人员认为雷达信号不是由液态水引起的。

这些发现发表在《自然-天文学》杂志上，利用雷达以外的数据提供了第一线独立证据，证明火星南极冰盖下存在液态水。

左边的面板显示了火星南极的表面地形，南极冰盖的轮廓为黑色。浅蓝色的线表示建模实验中使用的区域，绿色的方块表示包含推断的冰川下水的区域。该区域的冰层厚度约为1500米。右边的面板显示了由剑桥大学领导的研究小组确定的表面起伏。可以看到红色的区域，它比区域地形高出5-8米，上游有一个较小的凹陷（比区域地形低2-4米）（向图像的右上方）。黑色的轮廓显示了由轨道雷达推断出的水的区域。资料来源：剑桥大学

领导这项研究的剑桥大学斯科特极地研究所的尼尔-阿诺德教授说："新的地形证据、我们的计算机模型结果和雷达数据的结合，使得今天火星上至少有一个冰川下的液态水区域存在的可能性大增，而且火星必须仍然有地热活动才可以保持冰盖下的水的液态。"

与地球类似，火星在两极都有厚厚的水冰帽，加起来大约相当于格陵兰冰原的体积。然而，由于冰冷的火星气候，火星上的极地冰盖以前被认为是一直冻成固体的，与地球上的冰层不同，地球上的冰层下面是充满水的通道，甚至是大型冰川下湖泊。

2018年，来自欧洲航天局火星快车卫星的证据挑战了这一假设。该卫星装备了名为MARSIS的穿冰雷达，可以看穿火星南部的冰盖。它显示了冰层底部的一个区域强烈反射雷达信号，这被解释为冰盖下的液态水区域。

然而，随后的研究表明，存在于火星其他地方的其他类型的干燥物质如果存在于冰盖之下也可能产生类似的反射模式。鉴于寒冷的气候条件，冰盖下的液态水需要额外的热源，例如来自地球内部的地热，其水平高于当今火星的预期水平。这使得确认这个湖的存在需要等待另一个独立的证据。

在地球上，冰川下的湖泊会影响上覆冰层的形状--其表面地形。冰川下的湖泊中的水降低了冰层和它的床之间的摩擦力，影响了冰在重力作用下的流动速度。这反过来又影响了湖泊上方的冰原表面的形状，通常在冰原表面形成一个凹陷，然后是进一步向下流动的一个凸起区域。

该团队还包括来自谢菲尔德大学、南特大学、都柏林大学学院和开放大学的研究人员，他们使用一系列技术来检查来自美国宇航局的火星全球勘测者卫星的数据，即火星南极冰盖部分的表面地形，该部分的雷达信号被发现。

他们的分析显示了一个10-15公里长的表面起伏，包括一个凹陷和一个相应的凸起区域，两者都偏离周围的冰面数米。这在规模上与地球上冰川下的湖泊起伏相似。

研究小组随后测试了观察到的冰面起伏是否可以用冰床的液态水来解释。他们对冰流进行了计算机模型模拟，以适应火星上的具体条件。然后，他们在模拟的冰原床层中插入了一块床层摩擦力降低的区域，如果有水存在，将使冰层滑动并加速前进。他们还改变了来自星球内部的地热的数量。这些实验在模拟的冰面上产生了起伏，其大小和形状与研究小组在真实冰盖表面观察到的相似。

模型产生的地形起伏和实际的航天器观测结果之间的相似性，加上早期的穿冰雷达证据表明，在火星的南极冰盖下面有液态水的积累，而且火星地下的岩浆活动相对来说最近才发生，以便使水保持液态所需的强化地热。

阿诺德说："从火星回来的数据的质量，包括从轨道卫星和着陆器回来的数据，我们可以用它来回答关于火星表面甚至下面的条件的真正困难的问题，使用我们在地球上使用的同样的技术。使用这些技术来发现其他行星的情况是令人兴奋的。"