火星的二氧化碳冰川正在移动

1666 年，著名的意大利天文学家和数学家乔瓦尼·卡西尼（发现土星四颗最大卫星的人）首次观测到火星极地冰盖。然而，直到 18 世纪后期，威廉·赫歇尔爵士记录了他自己的观察结果，才建立了与地球自身冰盖的联系。在他随后的论文“关于火星极地地区的显着外观”（1784 年）中，指出了南冠是如何因季节变化而增长和收缩的。

随着现代望远镜和机器人探险者的发展，科学家们对这些极地沉积物有了更多的了解。2011 年，他们了解到，与最北端的冰盖不同，南端的冰盖主要由冷冻二氧化碳（又名“干冰”）组成。根据行星科学研究所(PSI) 领导的一项新研究，超过 60 万年以来，二氧化碳冰冰川一直在移动并在南极地区形成特征——而且现在还在移动！

该研究小组由Isaac Smith领导，他是前 PSI 研究科学家和多伦多约克大学地球与空间科学助理教授（他还担任加拿大行星科学研究主席）。加入他的还有来自 PSI、约克大学、日本北海道大学低温科学研究所和北极研究中心以及美国宇航局喷气推进实验室 (JPL) 的地质学家、冰川学家和工程师。

2011 年，火星勘测轨道飞行器 (MRO)首次确认火星南极地区存在二氧化碳冰川。除了欧空局的火星快车获得的数据外，科学家们还指出，根据它们在尾迹中雕刻的表面特征，它们就像地球上的水冰冰川一样流动。正如史密斯在最近的 PSI新闻稿中所描述的：

“大约 60 万年前，CO 2冰开始在火星南极形成。由于气候循环，冰的体积和质量增加了数倍，被升华造成的质量损失期间中断。如果冰从未流动，那么它主要是在最初沉积的地方，最厚的冰只有45米左右。相反，因为它向下流入盆地和螺旋槽——曲线盆地——在那里积水，它能够形成一公里厚的沉积物。”

这些观察结果还表明，由水冰组成的冰帽部分似乎是静止的，仍处于高海拔地区。在之前的研究中，史密斯在 PSI 期间帮助做出了贡献，科学家们调查了二氧化碳冰川的强度特性（又名流动定律），以确定发生这种情况的原因。他们的结果表明，在南极地区周围存在的条件类型下，二氧化碳冰的流动速度几乎是水冰冰川的 100 倍。

在这项研究中，史密斯和他的同事们依靠美国宇航局冰盖和海平面系统模型(ISSM) 来模拟冰川的运动。当适应火星表面和二氧化碳的条件时，他们发现典型的方法不会移动二氧化碳冰川。他们发现，虽然活动正在进行，但流速在大约 40 万年前达到顶峰，当时沉积量最大。史密斯说，由于它们的冰质量目前正在减少，冰川的流速目前处于“缓慢时期”：

“大气沉积会使冰形成我们看不到的模式。它会更均匀地分布和更薄。冰川解释提供的是一种将冰从高处移动到同样位于较低[纬度]的较低盆地的机制。

“如果大气沉降是唯一作用于冰层的过程，那么其中大部分将在最高纬度和最高海拔处被发现。事实并非如此。冰正向下流入盆地，就像水向下流入湖泊一样。只有冰川流才能解释我们在 2018 年发现的分布。”

这项工作得到了史密斯和他的团队进行的额外研究的支持，该研究确定了几个表面特征，这些特征与陆地冰川上的特征非常相似。这些包括地形剖面、裂缝和压缩脊，这为与他们的适应 ISSM 模型进行比较提供了基础。这些发现还可以为未来的行星调查提供信息，并指出更多“类似地球”的冰川活动。

迄今为止，地球、火星和冥王星是太阳系中已知的仅有的拥有活跃流动冰的天体，冰的范围从水冰和 CO 2到冷冻氮。但太阳系中还有许多其他冰体，包括围绕木星、土星、天王星和海王星运行的较大卫星，以及在柯伊伯带中发现的越来越多的较小行星。许多相同的物体在其内部和表面之间经历定期交换（内源性表面重修、冰火山活动等）。

这些天体中的许多可能会有自己的冰川，由一氧化碳、氨和甲烷等物质组成，它们的行为可能更加奇特！在接下来的几年里，由于欧罗巴快船和土卫二轨道器等任务，科学家们将能够测试这些理论，这将探索两颗拥有内部海洋甚至可能支持生命的主要卫星。它们冰冷表面的动力学可以为这些卫星如何形成和演化提供额外的证据。

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