2024 年 10 月 9 日
- 來自 DLR 火星相機 HRSC 的新影像資料顯示了火星南極地區的「Australe Scopuli」區域。
- 那裡有令人驚嘆的各種不尋常的地形。
- 它們是由季節變化和相關過程產生的。
- 重點：太空旅行、行星研究、火星
這些影像來自歐洲太空總署火星快車太空船上德國航空航天中心 (DLR) 操作的 HRSC（高解析度立體相機），顯示了火星南極地區令人驚嘆的各種不尋常地形。淺色和深色扇形沉積物、白點區域和多邊形圖案是影像的特徵。這裡之所以有如此不尋常的形狀寶庫，是因為季節的變化及其伴隨的過程。
這些 HRSC 影像於 2024 年 4 月初拍攝，當時正值火星南半球的春季。這裡顯示的地區被稱為 Australe Scopuli，最近似乎剛剛擺脫了冬季厚厚的霜凍。
雖然火星的永久極地冰蓋主要由水冰組成，但每年冬天在其上方形成的季節性極地冰蓋主要由二氧化碳冰組成。從秋季開始，火星大氣中的二氧化碳因氣溫下降而凝結，並以二氧化碳冰的形式「滴落」到地表，導致極地冰蓋生長，並在冬末到達緯度高達 55 度的地區。由於溫度較高，這些冰在春季部分蒸發——用技術術語來說：昇華，並向稀薄的火星大氣中釋放大量氣體。這些過程在極地表面形成了奇怪的結構，火星研究人員稱之為「神秘地形」。
扇形、多邊形圖案和點狀地板—「澳洲斯科普利」地區的神秘地形
第一張圖像（在上面的圖像庫中）的左側主要是由二氧化碳冰和灰塵的混合物組成的厚厚的層狀沉積物。影像右側顯示極性層沉積物的光滑表面。在影像的中心，您可以看到該區域的較低區域，其中深色色調占主導地位。仔細檢查後，您可以看到表面覆蓋著不同大小的多邊形圖案。
在地球上，這些多邊形圖案是北極和南極地區冰緣地區的典型特徵，顯示地面上有冰。 「冰緣」是指發生在永久霜凍（所謂的永久凍土）地區的景觀和過程。這個術語源自拉丁語：peri 的意思是“周圍…”，glacies 的意思是“冰”。地球上的多邊形是由地冰在數年甚至數個世紀的過程中反覆凍結和融化循環引起的地面運動形成的。由此產生的多邊形裂縫要么被冰、碎石、沙子填充，要么保持開放。在火星上，這些多邊形的形成更可能是由長時間的周期性溫度波動引起的，這些多邊形要么充滿沙子，要么保持開放。此類地形又稱「霜紋土」。
影像中的許多地方，表面都散佈著白色或黑色的點，經過仔細觀察，發現這些點是扇形沉積物。風扇總是與盛行風的方向對齊，其長度從幾十米到幾百米不等。深色扇形由細粒深色沙子組成，淺色扇形由二氧化碳霜組成。然而，這兩種類型都源自於相同的過程：冰蓋中所含的二氧化碳氣體以氣體噴發的形式逸出，也稱為CO 2噴射。它們的活動由太陽輻射決定。
從圖像中可以看出，火星的極地冰體總是由冰層和深色塵埃或沙子交替層組成。當早春陽光穿透半透明的 CO 2冰層並加熱下面的黑色基底時，冰很快就達到昇華溫度並形成加壓氣體團。最終冰蓋破裂，氣體逸出並形成CO 2射流。逸出的氣體像噴泉一樣攜帶一些細粒的黑色沙子，並將其帶到表面，並以黑色扇形的形式沉積。
在第一階段的活動之後，其中暗物質沉積在冰表面上，第二階段開始，其中冰層與其上的暗物質相互作用。科學理論表明，光扇要么是由冰的重新凝結形成的，要么光扇也可以由暗扇形成。當黑色的沙粒沉入冰層時，它們吸收陽光並加熱二氧化碳冰，二氧化碳冰昇華並留下一個洞。新的二氧化碳冰在下沉的黑色顆粒上重新凝結。此過程會在深色沙粒的位置產生淺色扇形。
另一個假設是，表面較溫暖的深色沙子或灰塵會對冰晶產生影響，大大降低冰的透明度。與周圍材料相比，這會導致風扇反射大量光線，使其看起來明亮/白色。一般來說，風扇僅在火星當地的春季期間形成，直到完整的（透明的）季節性冰層從表面蒸發並且風扇與下表面無法區分。
影像處理
這些影像是 HRSC（高解析度立體相機）於 2024 年 4 月 2 日在火星快車 25,569 軌道上拍攝的。地面解析度約為每像素 16 米，影像中心位於東經 265 度和南經 85 度左右。彩色影像是根據來自最低點通道、垂直於火星表面的視場以及 HRSC 顏色通道的資料創建的。傾斜透視圖是根據數位地形模型、HRSC 的最低點通道和顏色通道建立的。當使用紅色/藍色或紅色/綠色眼鏡觀看時，浮雕圖像會產生三維景觀印象，它源自於最低點通道和立體通道。顏色編碼的地形視圖是基於該區域的數位地形模型 (DTM)，可以從中導出景觀的地形。 HRSC-DGM 的參考體是火星等勢面（areoid），即具有相同吸引力的假想表面。
HRSC 是由 DLR 開發和營運的相機實驗。相機資料在位於柏林阿德勒肖夫的 DLR 行星研究所進行系統處理。柏林自由大學的行星研究和遙感工作小組使用這些數據創建了此處顯示的圖像產品。
[照片]
(A) 火星 Australe Scopuli 南極地區不尋常的地形景觀
DLR 火星相機 HRSC 於 2024 年 4 月 2 日對南極地區 Australe Scopuli 進行了成像。在這裡您可以發現各種令人驚嘆的景觀形狀，例如多邊形圖案或使表面看起來星羅棋布的明暗扇形沉積物。它們是由季節變化和相關過程產生的。
(B) Australe Scopuli：彩色頂視圖及說明
該圖像突出顯示了文本中描述的南極地區“澳大利亞斯科普利”的不尋常景觀特徵。從左到右：堆疊的層狀沉積物、帶有明暗斑點或扇形沉積物的區域、具有多邊形結構的霜紋地板以及極地沉積物的光滑表面。
(C) 南極地區地形影像圖“澳洲斯科普利”
火星快車上的 DLR 立體相機 HRSC 使用九個感測器從飛行方向的不同角度記錄火星表面。德國航太中心行星研究所和柏林自由大學的科學團隊使用兩個傾斜向前和向後指向表面的立體通道和垂直指向火星的最低點通道來計算數位地形模型，為每個影像點分配高度資訊。高度值可以從影像右上角的色標中讀取，基於弧面，這是火星上具有相同引力的假想表面。
(D) 南極地區「澳洲斯科普利」區域概覽圖
2024 年 4 月 2 日，歐空局火星快車任務搭載的 DLR 立體相機 HRSC 在 25,569 號軌道（大矩形）上拍攝到了「澳洲斯科普利」區域的一部分。這裡呈現的圖像和景觀特徵位於標有較小矩形的圖像部分。
(E) 霜紋地板透視圖
在地球上，這些多邊形圖案是北極和南極地區冰緣地區的典型特徵，顯示地面上有冰。在火星上，它們更可能是由週期性溫度波動引起的，導致這些霜狀土壤出現多邊形裂縫。目前尚不清楚在該圖像中可以看到的淺色和深色扇形沉積物是如何形成的小點。二氧化碳冰噴泉可能有助於其形成。
(F) 澳洲斯科普利地區層狀極地沉積物西側透視圖
影像的右側主要是由冰和灰塵的混合組成的厚厚的層狀沉積物。再往上看，您可以看到該地區的較低區域，其中深色色調占主導地位。其上的明暗「斑點」是扇形沉積物，可能是春季二氧化碳冰噴泉形成的。
(G) 層狀沉積物向霜紋土過渡東側透視圖
ESA 火星快車太空探測器上的 HRSC 相機系統的立體影像通道產生的數位地形模型可用於建立透視圖，即可以看到火星景觀，就像從飛機上俯視火星一樣。左邊可以看到部分層狀沉積物，左右兩側是光滑的表面，右邊是霜紋地面，有明暗的扇形沉積物。
(H) (3D) 南極地區「澳洲斯科普利」浮雕圖像
所謂的立體影像可以從 ESA 火星快車探測器上的 DLR 操作的 HRSC 相機系統的最低通道生成，該系統垂直指向火星表面，以及四個傾斜的立體通道之一。當使用紅藍或紅綠眼鏡時，它們可以實現景觀的三維視圖，並為觀眾提供高度差的空間概念。以這種方式觀察時，可以很好地檢查微妙的地形細節。一個例子：圖片中間的下部區域有深色沉積物和霜狀圖案地面。