地球：“我有过5次冰期” 火星：“我有过20次”
地球至少经历过5次大冰期。是不是听上去不明觉厉？
现在看来，我们的红色邻居——火星在过去数亿年里已经经历了6到20个冰期。
图片说明：火星希腊平原地区三个陨击坑下面的冰川。左图是现在被岩石碎片覆盖的样子，右图是它被假想的冰层覆盖的样子。该图像是利用火星勘测轨道飞行器（MRO）上的全景相机（CTX）拍摄的图像数据，结合在 MRO 上的浅层雷达（SHARAD）和来自火星快车探测器的高分辨率立体相机数字高程图创建的。
图片来源：美国宇航局/加州理工学院/JPL/UTA/UA/MSSS/ESA/DLR
就像在地球上一样，在遥远的过去，冰川曾经遍布火星表面。但是，地球的大部分冰川已经消退，并且仍在不断缩小，而火星的冰川则仍被冻结，并被岩石碎片所覆盖。科学家们还不确定火星上是否曾有一个超长的冰期，或者是历经数百万年期间的多个冰期。现在，纽约州科尔盖特大学的研究人员宣布的一项新研究正在揭开真相。它表明，在过去的几亿年里，火星经历了6到20个冰期。
2021年1月26日，该项研究的同行评审的结果发表在《美国国家科学院学报》（PNAS）上。
（高露洁大学）科尔盖特大学的行星地质学家乔·利维领导的研究小组打算通过研究位于冰川顶部的岩石来更详细地分析冰川。这些岩石碎片已经覆盖了冰冻的冰层超过3亿年。利维表示：
"冰上的所有岩石和沙子都留在了地表，这就像把冰放在那些沉积物下的冰箱里一样。"
利维和他的同事们计划研究冰川顶部的岩石大小、分布和数量。如果由于风化原因，岩石的大小沿坡度是均匀分布的，那将意味着存在一个漫长的冰期，而不是多个冰期。
图片说明：新的研究表明，火星冰川上的巨石集中在冰川表面的不同区带中，表明数亿年来存在多个冰期。
图片来源：利维等人/PNAS/科尔盖特大学
研究人员利用美国宇航局火星勘测轨道器（MRO）拍摄的45个冰川的图像进行研究。MRO上的摄像机功能强大，分辨率可达每像素 25 厘米。正如利维所说，它可以分辨出类似一张餐桌大小的东西。
利用两个夏天，10名科尔盖特大学学生通过计算和测量图像中看到的大约6万块大石头来帮助利维研究。利维表示：
"我们做了一种虚拟的野外工作，在这些冰川上走来走去，绘制巨石图。"
利维原本期望能看到这些巨石按大小均匀分布，但图像中并没有显示这一特征。相反，岩石是随机散落的，这得出了一个有趣的结论，利维说：
"事实上，这些巨石告诉我们一个不同的故事。重要的不是他们的大小，而是它们如何分布。"
图片说明：火星勘测轨道器的HIRISE相机所看到的保存完好的火星冰川。
图片来源：美国宇航局/JPL/亚利桑那大学/亚利桑那州立大学
研究小组意识到，这些岩石一直在冰川内活动，因此没有如预期那样风化。它们还被分批带到冰川不同的区带中，这表明数百万年来火星存在多个冰期，并且它们有着截然不同的流向，这显然不仅仅是一次大冰期事件。
为此，研究人员得出结论，火星在过去3亿到8亿年间经历了6到20个不同的冰期。利维详细阐述道：
"这篇论文是佐证数亿年来火星轨道及其倾角第一个地质证据。这些冰川是小小的时间胶囊，记录了火星大气的演化。现在我们知道，我们可以接触到数亿年的火星历史，不必钻入火星的地壳，仅仅是沿着火星表面溜达一圈就够了。"
该论文指出：
一大争议是，火星全球被碎片覆盖的冰川沉积物是否是在过去3亿至8亿火星年之间连续形成的。同样存有争议的还包括，它们是否在火星轨道倾斜最大期间（持续1万至10万火星年）冰川堆积的断续发作中形成。我们的成果揭示，就像地球上古老的被碎片覆盖的冰川一样，在火星冰川沉积物上的巨石表明冰层的多次积累和推进。在我们的分析中，伴随着冰川期之后的，是冰川堆积区中的融冰形成的碎片带。我们发现火星碎片覆盖的冰川记录显示有大约5到6个冰期/间冰期，这表明火星上冰川是由火星在数千万到数亿火星年跨度间受轨道倾斜形成的，而不是在单个12万火星年轨道倾斜周期所导致的。
图片说明：乔·利维，科尔盖特大学的行星地质学家，新冰川研究的主要作者。
图片来源：科尔盖特大学
这一结果对了解火星的历史有着重要的意义。冰期发生在火星自转轴的倾斜变化中。这对火星的气候和宜居性有直接影响。我们地球的自转轴倾斜也是季节形成的原因。
科学家们想知道这些冰川中还有哪些种类的岩石和气体，它们将是寻找古代微生物化石或其他生物标志物的一个很好的地方。正如利维所说：
“如果有生物标志物被风吹来吹去，这些标志物也会出现在冰中。"
火星在变冷变干燥之前是否也曾温暖潮湿，或气候一直阴冷，冰川可以提供线索。这是一个争论不休的问题——因为有充分证据表明，火星曾经有湖泊，河流，甚至海洋；但尚缺乏证据表明火星气候曾经足够温暖，以及它拥有足够厚的大气层和广泛的液态水——这是一种行星悖论。利维说道：
我们还有许多工作要做，包括找出火星气候历史的细节，即在何时何地，火星是足够温暖和潮湿，以产生海洋和淡水。
图片说明：冰沉积在火星上很常见，例如在北极附近的科罗列夫陨击坑，里面充满了水冰。这张照片是由火星快车探测器拍摄的。
图片来源：欧空局/CNN
（大米大学）赖斯大学的另一项新研究表明，火星介于暖湿和干冷两种情景之间，气候与冰岛相似，气候寒冷，但液态水还不至于结冰。赖斯大学的迈克尔·索普提到了好奇号火星车的着陆点——盖尔陨击坑。他表示：
盖尔陨击坑的沉积岩详细描述了可能介于这两种情况之间的气候。古老的火星气候可能是寒冷的，但似乎在很长一段时间里也能维持湖泊中存在液态水。
冰岛是最接近古代火星的地球环境之一，包括其玄武岩地形以及通常低于3摄氏度的温度。冰岛的沙子和泥浆的组成也是最接近火星的成分。上述结论来自标准化学变化指数（CIA）的分析，该指数用于从样品的化学和物理风化推断过去的气候。
一句话总结：科学家现已经确定，在过去的数亿年里，火星经历了6到20个冰期。
『天文时刻』 牧夫出品
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图片名称：北美洲星云
图片来源：Liron Gertsman