火星南极冰层谜团重重，巨湖存疑引发科学热议，是真实还是幻影？
密实的冰层可能模拟出了地下液态水的雷达回波。
由欧洲火星快车号（Mars Express）航天器于2012年12月捕获的图像中的明亮白色区域，显示了火星南极的冰盖，该冰盖由水冰和干冰（固态二氧化碳）组成。
（图片来源：ESA/DLR/FU Berlin/Bill Dunford）
新的计算机模拟结果对火星南极冰盖下可能存在液态水湖的可能性提出了质疑。这些模拟表明，紧密的冰层可能会产生与液态水相同的雷达反射。2018年，欧洲航天局的火星快车号轨道器利用其MARSIS（火星地下和电离层探测高级雷达）仪器，在名为Planum Australe的火星南极平原区域探测到了一个似乎深藏于1.5公里（0.93英里）厚的冰层之下、宽度达20公里（12.4英里）的液态水湖。随后，又有证据表明可能存在数十个这样的湖泊，但其中一些离地表太近，以至于那里的水似乎不可能保持液态。
这是因为火星表面太冷，大气压太低，液态水无法在如此接近地表的地方稳定存在。然而，在南极冰盖底部，借助少量天然防冻剂，咸水湖是有可能存在的。
This image taken by NASA's Mars Reconnaissance Orbiter shows ice sheets at Mars' south pole. (Image credit: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/JHU)
这张由美国国家航空航天局（NASA）的火星侦察轨道器拍摄的图片显示了火星南极的冰层
（图片来源：NASA/JPL-Caltech/亚利桑那大学/约翰斯·霍普金斯大学）
这种防冻剂可能是以高氯酸钙和高氯酸镁的形式存在，这两种化学物质是NASA的凤凰号探测器于2008年在火星表面发现的。高氯酸镁和高氯酸钙溶于水后，可分别将水的冰点降低至最低-68℃和-75℃（-92℉和-103℉），这与冰盖底部预测的-68℃（-90℉）温度非常接近。因此，在温度、压力和高氯酸盐浓度等局部条件共同作用下，想象火星上存在大片液态水并非完全不可能。
这类湖泊存在的进一步证据来自地表冰的起伏测量。液态水会降低冰层与其下方基岩之间的摩擦力，使冰层能够在基岩上更快地流动。流速的增加会导致地表冰面出现波谷和波峰，而这正是Planum Australe地区所观察到的现象。尽管如此，行星科学界中的许多人仍对此持怀疑态度；在火星上发现液态水将是一项非凡的发现，需要非凡的证据来支持。
现在，来自康奈尔大学的一个科学家团队通过提出新的研究结果，为这些雷达回波提供了另一种解释，从而加剧了这种怀疑。这些新发现表明，紧密的冰层可能会产生与液态水层相似的强烈雷达回波。
康奈尔大学的丹尼尔·拉利奇在一份声明中表示：“我不能说那里存在液态水是不可能的，但我们的研究表明，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获得相同的观测结果，而无需过度推测。”“拉利奇是最新研究的首席作者，该研究提出，紧密的冰层可能会产生强烈的雷达信号，这种信号看起来与液态水层的雷达回波非常相似。
由于湖泊的平坦程度，大量的水能够反射雷达信号回其源头。在地球上，MARSIS检测到的明亮雷达反射几乎可以肯定意味着液态水，类似于南极洲下的水域，如沃斯托克湖。然而，行星科学家必须谨慎行事，不能假定在地球上适用的规律在其他行星上也同样适用，因为那里的条件并不相同。
拉利奇的研究小组进行了数千次模拟，以测试多层紧密堆积的冰是否能模拟出湖泊的雷达信号。每次模拟都改变了冰层的厚度和成分（即冰的纯净度）。他们发现，在多次模拟中，很久以前沉积并因冰盖重量而被压实的紧密冰层，可以产生与MARSIS检测到的明亮雷达反射相似的反射。
关键在于雷达波的“相干叠加”。MARSIS的空间分辨率有限，如果冰层太薄，雷达仪器就无法区分它们。每一层都会反射回一部分雷达波，而且由于这些冰层被压得如此紧密，雷达回波会重叠并合并，从而增强它们的强度，使它们看起来更亮。
拉利奇说：“这是我们第一次提出一个假设，能够解释冰盖下所有观测到的现象，而无需引入任何独特或奇怪的因素。”“我们得到四处散射的明亮反射的结果，正是雷达中薄层干涉所期望的。”
目前，关于南极冰盖下是否存在咸水湖的问题仍未得到解答，但拉利奇认为，这些模拟至少提供了一个更简单、在他看来也更可能的解释，而不是一个湖泊。
拉利奇说：“如果水层离地表稍近一些，那将是非常令人兴奋的。”“我只是认为它不存在。”
拉利奇团队的研究结果于6月7日发表在《科学进展》杂志上。
BY:Keith Cooper
FY: HUANG HAO YANG
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