火星赤道岩層下竟隱藏著水冰？

科技 08-20

美國國家航空航天局最早的一個火星軌道飛行器之前傳回了很多數據，科學家們對這些數據再次進行了深入研究，給人們帶來了一個令人吃驚的結果：紅色的火星上原本不可能有水的地方竟然隱藏著水冰。

「奧德賽號」探測衛星傳回的數據經過再次分析研判發現，在火星赤道附近地區的表層岩石下掩藏著大量的水冰，根據我們之前對火星氣候的了解，這一情況根本是不可能發生的。

美國約翰·霍普金斯大學的行星科學家傑克·威爾遜所領導的一個研究團隊，重新評估了「奧德賽號」的中子頻譜儀設備採集到的數據，從而得到了火星赤道存在水冰的結論。探測衛星中子頻譜儀測定發現，火星表層土壤岩石中含有氫元素。

「奧德賽號」的主要目標之一是在火星上發現水分。但是，探測衛星所處的軌道高達3800千米，從這麼高的位置根本無法直接對水分進行測量。

於是，該衛星探測的對象是氫元素。該元素是一種可靠的標誌物，可以用來確定水的位置。當然，軌道飛行器也無法對氫元素直接測量，於是選擇了測量中子。基本原理是，當宇宙射線與火星土壤中的原子碰撞時會釋放出中子，不同原子所釋放的中子情況是不同的，探測衛星可以測定氫原子與宇宙射線碰撞釋放中子的狀況，從而確定氫原子的存在，進而確定水分子的存在。

在這種高科技探測技術的幫助下，「奧德賽號」很早就在火星上發現了隱藏的水冰。但是，當時進行研判的數據大部分都在火星的南北極地區。

這其實是有一定道理的，因為科學家認為，冰在火星的赤道地區根本就不可能在土壤中長期隱藏，赤道地區的溫度很高。就算有一點水冰，也早就蒸發到火星大氣層中去了。

但是，採用貝葉斯圖像重建方法，對「奧德賽號」的中子頻譜儀之前探測數據的解析結果進行了上採樣操作，結果發現了之前沒有發現的儲水層，其中有的就位於赤道附近。

所謂採樣就是採集模擬信號的樣本。採樣是將時間和幅值連續的信號，在採樣脈衝的作用下轉換成時間和幅值離散的信號。所以採樣又稱為波形離散化。通常採樣指的是下採樣，也就是對信號的抽取。其實，上採樣和下採樣都是對數字信號進行重采，重採的採樣率與原來獲得該數字信號（比如從模擬信號採樣而來）的採樣率比較後，大於原信號的稱為上採樣，小於的則稱為下採樣。上採樣的實質也就是內插或插值。放大圖像，或稱為上採樣或圖像插值，其主要目的是放大原圖像,從而可以顯示在更高解析度的顯示設備上。這就是科學家對採集數據進行上採樣操作的原因。

「這種情況就好比，我們坐在宇宙飛船上，然後將高度降低一半，然後就在星球表面發現了一些之前看不到的新東西，」威爾遜對《新科學家》雜誌的傑西·埃姆斯帕克解釋說。

「在過去，我們只知道火星的南北極地區有水冰。現在，我們在赤道地區也看到了小塊的水冰區域。」

這是一個重要的發現：當我們能夠飛往火星的時候，我們就能知道哪裡有急需的水資源，人類的火星殖民地又應當設置在哪裡。

但是，在登上火星之前，我們還有點小問題需要搞清楚，那就是，這些水冰到底為什麼會存在於火星赤道？

威爾遜認為，一個可能的解釋是，火星過去某個時期的自轉軸傾角比現在大得多。

研究團隊認為，如果火星當前的自轉軸傾角在數百萬年前曾經出現過20度以上的變化，火星南北極地區的水冰就有可能蒸發或升華。這些蒸發的水分會隨著時間的推移，在新發現的低緯度地區重新成為為儲水層。

研究人員承認，其他解釋也是存在的，因為火星土壤的某些特性能夠保持水分，使其免於蒸發或升華。

我們還需要更深入的研究才能確認真實原因。但是，這些新發現還是提醒我們：重新研究既有結論是有益的，這會引導你對以前輕易錯失的東西重新審視，引導你發現新的結果。

「曾經採集的數據雖然已經經過了分析研究，但隨著新技術的出現，進一步研究的空間總是存在的。這次在赤道地區發現水冰就是一個非常了不起的例子，」並沒有參與本次研究的布朗大學行星地質學家吉姆·黑德對《科學》雜誌說。

「當我們最終將人類送上火星時，我們當然希望登陸位置附近就有水源。」

美國天文與天體物理學《伊卡洛斯》雜誌報道了本次發現。

譯者：朱川