天文學家新發現：火星北極極冠的年齡比預測更年輕

火星的兩極皆有極冠，北極極冠主要由水冰組成，是火星曾有溫暖、潮溼氣候的重要證據之一。德國航空太空中心用極冠雷達及地震觀測數據推算，揭示極冠年齡與火星結構間的關聯。

極冠與地表變形的關聯

團隊用研究地球極區冰層對地表影響的技術分析火星的北極極冠，特別關注「冰川均衡調整」（glacial isostatic adjustment）現象。此過程也可在地球部分擁有地表冰層或冰川的地區觀察到，如斯堪地那維亞半島。

現象形成原因是地表因冰層重量而逐漸下沉，冰層消融後再逐步回彈。這現象速率取決於地函（mantle）黏滯性與溫度。地球冰河時期結束時，曾涵蓋廣大地區的冰層逐漸消退，地表開始回彈，稱為「等靜壓回彈」（isostatic rebound）。這種地表抬升與變形速率提供了關於地函性質的重要資訊，如黏滯度與剛性。火星北極極冠的重量同樣對地表產生影響，為研究該行星內部結構提供了關鍵線索。

▲ 火星北極被水冰形成的永久極冠覆蓋，直徑約1,000公里，厚達3公里，極冠的重量將下方的岩石地殼往下壓迫而逐漸下沉。（Source：ESA / DLR / FU Berlin, NASA MGS MOLA Science Team）

火星北極極冠的年齡與地函性質

團隊分析北極極冠下方地表變形狀況。極冠直徑約1,000公里，厚度達3公里。他們結合火星的地函熱演化模型、冰川等靜壓調整的計算數據、重力數據、雷達與地震觀測等，發現北極極冠的重量讓地表下沉，速率為每年0.13公釐。

團隊表示變形速率與地球比較相對較低，顯示火星地函的黏滯性遠高於地球，意味著上部地函溫度較低且剛性更高，更進一步說明火星內部的熱對流較弱，證實火星的地質活動遠不如地球活躍。

以極冠變形解析火星內部

地球與火星這類岩石質行星，地表的地質與活動會持續變化，從時間尺度短的火山爆發到時間尺度長的冰河期，這些變化會影響地表形態及地函動態。地質學家透過冰川的均衡調整現象，研究地球地函的黏滯性與內部深處的結構，而天文學家將類似技術應用於火星研究後，取得火星內部溫度與剛性分布狀態。

當極冠壓在地表，造成地層下沉程度取決於地函黏滯性，即地函對流動的抵抗性。地球地函黏滯性比瀝青高兆倍，雖然極緩慢，但仍會在數百萬年時間程度顯現明顯變形。火星觀測結果顯示，北極極冠下方的地表變形較小，代表此區域地函相對較冷且黏滯性極高。

火星北極極冠年齡估算與行星動力學

團隊推測，火星北極極冠的年齡約為200萬至1,200萬年，顯示形成時間遠比火星其他主要地形特徵更年輕。雖然火星北極地函較冷，研究仍發現火星赤道附近可能有局部熔融區域，顯示該區地函仍可能有部分熱對流活動。

這項研究是首次在地球以外岩質行星，觀察並確認與地球相似的冰川均衡調整作用，將來火星探測任務會配備更多儀器，以測量火星地表升降變化，更深入探討火星內部動力學機制。

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（本文由 台北天文館 授權轉載；首圖來源：Pixabay）