火星的冰盖经历着动态的季节性变化 形成了迷人的地质构造

这张来自欧空局火星快车号的图片显示的是火星南极地区，被称为Australe Scopuli。 该地区因春天的到来和冰盖的消退而呈现出丰富的地貌。 图片来源：ESA/DLR/柏林大学

火星的季节性极冠主要由二氧化碳冰构成，其中夹杂着一些水冰。 春天，这些冰部分升华--直接从固体变成水蒸气--向火星稀薄的大气层释放大量气体。 到了秋天，水汽重新凝结，导致极冠扩大。 到了深冬，它们甚至可能达到纬度 55 度--如果换算到地球北半球，大致相当于苏格兰和丹麦的南部。

这张图片显示的是火星上一个被称为 Australe Scopuli 的区域。 它位于火星南极地区。 大白框所勾勒的区域是欧空局火星快车轨道器上的高分辨率立体相机于 2024 年 4 月 2 日在第 25569 号轨道上拍摄到的区域，而小白框显示的是新图像集中的地表部分。 图片来源：NASA/MGS/MOLA 科学小组

这种冻融循环产生了各种奇特的地表特征，其中许多都拍摄于这些靠近火星南极的Australe Scopuli地区的图像中。 这些图像由火星快车上搭载的高分辨率立体相机（HRSC）于 2024 年 4 月 2 日南半球春季拍摄。

主图像的左侧主要是厚厚一叠裸露的层状沉积物，这些沉积物是冰层冻结后形成的，其中夹杂着不同数量的尘埃。 主图右侧显示的是这些极地层状沉积物的光滑表面。

这张彩色编码地形图显示的是火星南极地区一个名为 Australe Scopuli 的区域。 该地区因春天的到来和冰盖的退却而呈现出丰富的地貌特征。 图片来源：ESA/DLR/FU Berlin

深色地形占据了画面的中心。 由于不清楚为什么这些新出现的地形比冰盖的其他部分颜色更深，因此最初被称为隐蔽地形，现在研究人员对这一动态区域的变化过程有了更好的了解。

放大主图（本页上图）中的黑暗区域可以发现，火星表面覆盖着不同比例的多边形图案。 每个多边形都以沟槽或山脊为界，有时沟槽会凝结出明亮的冰霜。

这幅立体图像显示的是火星南极地区的一个名为 Australe Scopuli 的区域。该图像由欧空局火星快车轨道飞行器上的高分辨率立体相机（HRSC）于2024年4月2日（轨道25569）拍摄的数据生成。 使用红-绿或红-蓝眼镜观看时，可获得三维立体视图。 图片来源：ESA/DLR/柏林大学

为了更近距离地观察多边形地形，我们可以使用欧空局痕量气体轨道器提供的更高分辨率图像。 虽然这里（上图）显示的例子来自火星南纬度的另一个地区，但它很好地说明了在一个寒冷的春天早晨，撞击坑内和周围的多边形边缘出现了残冰。

在地球上，这种模式是北极和南极地区常见的围冰期特征，通常表明地下存在水冰。 围冰期"是指寒冷气候促成地貌和景观演变的区域和过程。 这些多边形是地面冰层在数年甚至数百年的冻融循环中形成的。 研究火星上的这类图案可以帮助研究人员破译火星的气候历史。

这张图片显示的是欧空局 ExoMars 痕量气体轨道飞行器上的 CaSSIS（彩色和立体表面成像系统）仪器在一个寒冷的春天早晨看到的火星南部中纬度地区的多角形霜冻地形。 多边形的形成是由于反复的冻融循环。 图片来源：ESA/TGO/CASSIS

在整个图像的许多地方，都可以看到明亮和暗淡的扇形沉积物。 它们的范围从几十米到几百米不等，方向与盛行风的方向一致。

初春时节，当阳光穿透半透明的二氧化碳冰层时，会使下层表面升温。 冰层底部的冰开始升华，形成被困的气体袋。 压力逐渐增大，上覆的冰层突然裂开。 气体喷流冲破地表，携带着下面的黑灰尘。 尘埃按盛行风的方向落回地表。

火星南极 Australe Scopuli 地区部分区域的斜透视图。 这里有一系列冰川地貌，包括裸露的冰层和尘埃（左侧）、明亮的扇形地貌（右侧）以及暗色的花纹地貌（最右侧）。 图片来源：ESA/DLR/柏林大学

这一过程类似于火星快车最近发布的另一张图像中呈现的"蜘蛛"特征。

当深色物质沉淀在冰层之上后，冰层和新的尘埃层相互作用，进入第二阶段。

火星南极 Australe Scopuli 地区部分区域的斜透视图。 这里有一系列冰川地貌，包括裸露的冰层和尘埃（右上角）、暗色图案地形（左上角）以及明暗相间的扇形地貌。 图片来源：ESA/DLR/柏林大学

深色物质比明亮、反光的冰吸收更多的阳光，因此它使落在上面的冰升温，深色颗粒逐渐穿过冰层下沉。 同时，这也加速了冰的升华过程，形成一个洞。 要么下面露出新的冰层，要么在下沉的黑粒上面凝结出新的冰霜，从而在最初的黑扇面的位置形成一个明亮的扇面。

这一过程只有在春季才能观察到。 一旦季节性半透明冰层完全升华，扇形冰层就会变得与地表难以区分。

火星南极 Australe Scopuli 地区部分区域的斜透视图。 该区域有一系列冰川地貌，包括裸露的冰层和尘埃（从图像左下角向右上方截断）、明暗混合的扇形地貌（图像上半部分，尤其是向左侧）以及暗色图案地貌（仅在图像顶部边缘可见）。 图片来源：ESA/DLR/柏林大学

火星快车号于 2003 年进入环绕红色星球的轨道，正是由于火星快车号等飞行任务的长期存在，我们才能观测到多年的季节变化，才能更好地了解曾经神秘莫测的地貌。

除了研究火星的冰盖之外，HRSC 还向我们展示了火星的各种地质特征，从风雕刻的山脊和沟槽到巨大火山侧面的天坑，再到撞击坑、构造断层、河道和古老的熔岩池。

艺术家对火星快车的印象。 背景基于航天器高分辨率立体相机拍摄的火星实际图像。 图片来源：航天器图片： ESA/ATG medialab; Mars： ESA/DLR/FU Berlin， CC BY-SA 3.0 IGO

火星快车还利用其八台仪器绘制了火星矿物地图，探索了火星大气的成分和循环，探测了火星地壳下的情况，并研究了火星环境。这项任务在其整个生命周期中取得了巨大的成果，使人们对我们的行星邻居有了比以往任何时候都更加全面和准确的了解。

火星快车高分辨率立体相机（HRSC）由德国航空航天中心（DLR）开发和运行。

编译自/SciTechDaily