冈山大学研究生院环境生命自然科学研究科佐古贵纪（硕士研究生）、高知大学理工学部长谷川精副教授、冈山大学行星物质研究所Trishit Ruj副教授、意大利克耶地-佩斯卡拉邓南遮大学 (The G d Annunzio University of Chieti-Pescara)小松吾郎副教授、东京科学大学地球生命研究所关根康人教授等人组成的研究团队宣布，成功精确推定出火星中纬度地下冰层丰富存在的区域。该发现是研究团队通过分析火星轨道卫星获取的影像数据，并调查由地下冰层形成的冰缘地貌的分布情况后得出的。该成果有望为计划于2040年代实施的火星载人着陆探测提供重要参考。相关成果已发表在国际学术期刊《Journal of Geophysical Research：Planets》2024年12月30日刊上。
图1 对火星中纬度区域冰缘地貌分布的探查结果，以及与陨石撞击坑底部冰层证据、气候模型结果的对比。红色圆圈标示的阿拉伯台地、乌托邦平原和亚马逊平原是三处冰缘地貌特别密集的区域，推定这些区域浅层地下存在丰富的冰层，并提议将其作为未来火星载人探测任务的候选着陆地点。（供图：高知大学）
火星由极其寒冷干燥的环境构成，地表不存在液态水，但约40亿年前的火星北半球曾是一片广袤大海，有着温暖湿润的环境。研究推测，当时的海水部分以永久冻土形式封存在地表下数十厘米至数米深处，形成大量水冰层。事实上，近年来在火星表面新形成的陨石坑底部确实发现了暴露的冰层。
火星浅层地下存在的水冰有望成为2040年代火星载人探测任务的重要水资源。因此，精准掌握其分布情况至关重要。另外，考虑到火星探测依赖太阳能供电，探测活动需选择更易获取太阳能的低纬度区域，预计地下冰分布的南界位于北纬30度至42度之间。
为了掌握火星中纬度地区浅部地下冰的分布情况，研究团队着眼于地球上永久冻土带形成的冰缘地貌特征上。地球上的永久冻土主要分布于阿拉斯加、加拿大、俄罗斯及蒙古北部等寒带地区。此前在火星中高纬度区域也发现了与地球冰缘地貌形态相似的地形。
研究人员利用NASA火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter）上搭载的超高分辨率相机“HiRISE”所拍摄的4789张卫星图像进行了详细分析。并调查了作为冰缘地貌的“多边形地形（多边形土）”、“冰丘（冻结丘）”、“大脑地形（脑状地形）”这三种地形的分布情况。
结果显示，这三种冰缘地貌主要分布在北纬35度以北的区域，且分布情况非常相似。
具体而言，在东经0°～60°的阿拉伯台地、东经80°～125°的乌托邦平原及东经160°～210°的亚马逊平原区域内，这三种地貌的分布密集。而西半球（东经230°～350°）冰缘地貌则相对较少。该分布模式与陨石撞击坑底部冰体裸露区域、气候模型预测的富雪区域高度吻合。
研究已发现多边形地形会因地下水的存量以及流失（消耗）情况而发生形状变化。分析火星中纬度区域的多边形地形形态后，研究团队发现大多数属于“中央隆起型多边形（HCP）”，但在乌托邦平原的西部，“大小混合型多边形（LMP）”则分布更为普遍。这一地貌特征与在加拿大极北地区出现的地下水枯竭型地貌相似，表明乌托邦平原西部的地下冰层可能自古至今经历了大幅度减少。
另一方面，富含地下冰层的“中央凹陷型多边形（LCP）”分布在东经20°～60°的阿拉伯台地、东经95°～125°的乌托邦平原和东经170°～210°的亚马逊平原这三个区域。研究团队建议将这些区域作为未来火星载人探测任务时的候选着陆地点。
长谷川副教授表示：“启动此次研究的契机源自参与JAXA的火星着陆探测计划，研究历时约四年，最终得到了上述成果。根据此次研究确定的地下富冰区域，JAXA或将于2030年代前半期实施火星着陆探测。如果十年后，这一研究的推断被证实，那将是一件令人振奋的事情。我对此充满期待。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Journal of Geophysical Research: Planets
论文：The periglacial landforms and estimated subsurface ice distribution in the northern midlatitude of Mars
DOI：doi.org/10.1029/2023JE008232
