火星南极附近真的有一个巨大的地下湖泊吗？

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2012年12月，欧洲火星快车航天器拍摄到了这张照片中的亮白色区域，显示了覆盖火星南极的冰帽，由冷冻水和冷冻二氧化碳组成。（图片来源：欧空局/德国航空航天中心/柏林FU/Bill Dunford）

据美国太空网（Keith Cooper）：新的计算机模拟表明，紧密压实的冰层可能会产生与液态水相同的雷达反射，这让人们对火星南部冰盖下埋藏液态水湖的可能性产生了怀疑。

2018年，欧洲航天局的火星快车轨道飞行器使用其MARSIS（火星地下和电离层探测高级雷达）仪器，在火星南极平原一个名为澳大利亚平原的地区，识别出一个20公里宽（12.4英里）的液态水湖，深埋在1.5公里（0.93英里）的冰层下。随后，可能有数十个湖泊出现了类似的证据，但其中一些湖泊距离地表如此之近，以至于那里的水似乎不可能是液体。

这是因为火星表面太冷，大气压力太低，液态水无法在离火星表面太近的地方持续存在。然而，在南极冰盖的底部，温度和压力条件，在一点天然防冻剂的帮助下，可以使咸水湖存在。



这张由美国国家航空航天局火星勘测轨道飞行器拍摄的照片显示了火星南极的冰盖。（图片来源：美国国家航空航天局/喷气推进实验室-加州理工学院/亚利桑那大学/JHU）

这种防冻剂可能以高氯酸钙和镁的形式存在，这是美国国家航空航天局2008年的凤凰号任务在火星表面发现的一种化合物。高氯酸镁和高氯酸钙溶解在水中后，其冰点将分别降至最低零下68摄氏度和零下75摄氏度（零下92华氏度和零下103华氏度），非常接近冰盖底部预计的零下68摄氏摄氏度（负90华氏度）。因此，很难想象温度、压力和高氯酸盐浓度的局部条件会在火星上形成大量液态水。

这些湖泊的进一步证据来自于对地表冰起伏的测量；液态水降低了冰盖与其下基岩之间的摩擦力，使冰盖能够更快地在基岩上流动。这种流速的增加导致了地表冰的波谷和波峰，这正是在澳大利亚平原上看到的。

然而，尽管有这些证据，行星科学界的许多人还是持怀疑态度；火星上液态水的存在将是一个非同寻常的发现，需要非同寻常的证据。现在，康奈尔大学的一组科学家用新的发现点燃了这种怀疑的火焰，这些发现为雷达回波提供了另一种解释。

康奈尔大学的Daniel Lalich在一份声明中说：“我不能说那里不可能有液态水，但我们正在证明，使用我们已经知道存在的机制和材料，有更简单的方法可以在不需要延伸那么远的情况下获得相同的观测结果。”。Lalich是一项新研究的主要作者，该研究表明，压实的冰层可能会返回一个强大的雷达信号，看起来就像来自一层液体的雷达回波。

由于湖泊是多么平坦，一大片水域能够将雷达反射回其源头，而在地球上，MARSIS探测到的那种明亮的雷达反射几乎肯定意味着液态水，类似于沃斯托克湖等南极洲下方的小块水域。然而，行星科学家必须谨慎地假设地球的真实情况与其他行星的真实情况相同，因为这些行星的条件并不相同。

拉里奇的团队进行了数千次模拟，以测试多个紧密压实的冰层是否可以模拟湖泊的雷达信号。每次模拟都会改变冰层的厚度和成分（也就是说，它们有多脏）。他们发现，在许多情况下，很久以前沉积并在冰盖的重量下压碎的紧密堆积的冰层可以产生明亮的雷达反射，就像MARSIS探测到的一样。

诀窍是雷达波的“相长干扰”。MARSIS的空间分辨率有限，如果冰层太薄，雷达仪器无法区分它们。每一层都会反射回一些雷达波束，因为这些层被紧密地挤压在一起，雷达回波重叠并结合，放大了它们的强度，使它们看起来更亮。

Lalich说：“这是我们第一次有一个假设来解释冰盖下的全部观测结果，而不必引入任何独特或奇怪的东西。”。“我们得到的明亮反射散射得到处都是，这正是你对雷达薄层干扰的期望。”

目前，南极盖下是否有咸水湖的问题仍未得到解答，但拉里奇认为，模拟至少提供了一个比湖泊更简单、在他看来更可能的解释。

拉里奇说：“即使在地表附近也会有液态水的想法真的很令人兴奋。”。“我只是觉得它不在那里。”

拉里奇团队的研究结果于6月7日发表在《科学进展》杂志上。