2026年4月15日

 

• 德國立體相機 HRSC 拍攝的影像顯示了火星上直徑 3300 公里的撞擊盆地烏托邦平原的一部分。
• 這裡有許多地形特徵顯示地下蘊藏著大量的水冰。
• HRSC 影像用於描繪和研究該地區具有多樣化特徵的典型景觀。
• 高解析度火星相機（HRSC）是由德國航空航天中心（DLR）開發的實驗性相機，搭載於歐洲火星快車號探測器上。自2004年1月以來，HRSC一直穩定地向地球傳回火星影像。
• 主要研究領域：太空旅行、探索、火星。

 

巨大的撞擊盆地烏托邦平原位於火星北半球。其地表下蘊藏大量的水冰，因此備受火星研究人員的關注。德國航空航天中心（DLR）的高解析度火星相機（HRSC）拍攝的最新影像顯示，該盆地存在大量典型的地形特徵，表明地下存在此類冰沉積物。 HRSC是搭載於火星快車號探測器上的相機實驗裝置，由德國航空航天中心（DLR）開發，自2004年起投入運作。

 

烏托邦平原的冰原

烏托邦平原直徑約3,300公里，是火星上三大撞擊盆地之一。據信它形成於約40億年前的小行星撞擊。早在1976年，美國太空總署「海盜2號」探測器就發現，平原的低地呈現出多種與地球冰緣地形相似的地形特徵。這些地形顯示火星下方存在巨大的冰層。 2008年，「鳳凰號」探測器透過挖掘和光譜測量證實了這一點。

 

隕石坑周圍環境的奇特形狀顯示地下存在冰層。

影像右半部（見標註圖）是第一個顯示地下冰存在的典型地形：圖中可見一個直徑約15公里的撞擊坑，坑內覆蓋著一層引人注目的噴出物。撞擊過程中，地下物質被噴射出來，沉積在撞擊坑周圍，形成噴出物層。其層狀結構表明，撞擊過程中地下冰融化，並與岩體混合，形成類似泥流的物質。這種半液態噴出物通常會形成圖中所示的瓣狀沉積物，在附近其他較小的撞擊坑中也能觀察到類似的沉積物。

這個大型隕石坑也展現出另一個與冰相關的特徵。其底部環狀圖案被稱為同心圓狀隕石坑填充物。這種填充物主要由富含冰的物質構成，類似陸地上的岩石冰川。這類冰川表面覆蓋著一層碎屑或岩石，並緩慢地向下移動。當這些冰屑混合物在隕石坑底部相互碰撞時，便形成了這種同心圓狀結構。

 

海洋假說

影像左側展現了烏托邦盆地的一個顯著特徵：寬達兩公里、長達二十公里的溝壑交錯縱橫，形成多邊形圖案。這些溝壑在影像中央也可見，但顯得“模糊”，且缺乏左側溝壑那樣清晰的邊界。這可能是因為這些窪地被其他物質填充，或是原本就不深。

這些海溝的成因十分複雜，可能與大量水的存在有關。由於烏托邦平原位於火星北部低地，人們長期以來認為在火星早期歷史上，這裡曾存在過一片靜水體——可能是湖泊，甚至是海洋。在烏托邦平原，沉積物可能堆積在水體底部，隨著時間的推移，在水的重壓下被壓實並脫水。這一過程導致沉積層發生不均勻變形，從而促進了地表斷裂。另一種解釋是，構造運動也可能發揮了作用：在曾經的海洋消失後，地殼可能隆起並發生斷裂，這或許也促成了觀測到的海溝結構的形成。

在地球地震勘測過程中，人們也在海洋下方的泥層沉積盆地中發現了多邊形海溝網。

 

冰緣環境中的「貝殼狀」凹陷

在影像右側的暗區可以看到另一種典型的地形。仔細觀察，可以看到那裡有許多凹陷，由於它們輪廓不規則呈橢圓形且內部呈階梯狀，因此被稱為扇貝狀凹陷。更高解析度的影像（例如火星勘測軌道飛行器上的高解析度成像科學實驗儀器（HiRISE）拍攝的數據）可以更清晰地解釋這些凹陷的名稱：它們的邊緣形態酷似扇貝殼。

在火星中緯度地區，由於地下冰的存在，貝殼狀凹陷非常普遍，被認為是冰緣地形的證據。它們的形成是由於富含冰的地下物質消失（可能是融化，也可能是昇華，即直接從冰凍狀態轉變為氣態），隨後上覆地層坍塌。這些凹陷並非孤立出現，而是會融合形成更大的區域，完美地展現了火星表面不斷變化的過程。

 

黑色的灰燼在火星上“遊蕩”

最後，影像中色彩的相互作用也值得注意：左側的淺色表面過渡到右側的深色表面沉積物。左側表面覆蓋著典型的紅色火星風化層（非常細小的物質，主要為塵埃），而右側區域則覆蓋著火山灰/沙沉積物，主要由橄欖石和輝石等深色礦物組成。

有趣的是，1976年維京號軌道飛行器拍攝這張照片時，火星表面的暗色物質分佈遠不如今天廣泛。因此，它要麼是在過去50年中被火星風吹向更南的地方（見維京號照片），要麼是之前覆蓋在火山灰層上的紅色塵埃被吹走了。

背景資訊：影像處理

這些影像由火星快車號探測器上的高解析度立體相機（HRSC）於2024年11月9日在第26327次軌道飛行期間拍攝。地面解析度約為每像素17米，影像中心位於北緯43度、東經102度附近。彩色影像由垂直於火星表面的天底通道資料和HRSC的彩色通道資料產生。傾斜視角影像則由數位地形模型、天底通道和HRSC的彩色通道資料產生。使用紅藍或紅綠眼鏡觀看時呈現三維立體效果的立體影像，由天底通道和立體通道資料產生。彩色編碼的地形視圖是基於該區域的數位地形模型，從中可以推導出地形特徵。

 

[照片]

(A) 烏托邦平原地下的冰

這是火星烏托邦平原大型撞擊盆地中兩個較小撞擊坑的景象。它們的噴出物覆蓋層具有特定的形狀，表示撞擊過程中存在地下冰。

(B) 分支狀海溝構造是過去海洋的證據嗎？

寬達兩公里、長達二十公里的窪地相互重疊，形成多邊形圖案。這些溝壑的成因十分複雜，可能暗示它們曾經是水下地形。因此，包括烏托邦平原在內的北部低地，在火星早期歷史中或許曾存在過靜水體，甚至可能是一片海洋。

(C) 隕石坑內的同心結構顯示存在被碎屑覆蓋的冰川

這幅影像由火星快車號探測器上的高解析度立體相機（HRSC）的數位地形模型以及其垂直向下和彩色通道資料合成。它從鳥瞰視角展現了烏托邦平原上一個直徑15公里的隕石坑，該隕石坑被深色的火山灰覆蓋並環繞。隕石坑內部呈現出引人注目的同心圓紋理，顯示岩石冰川曾沿著斜坡向下移動並在中心匯合。

(D) 烏托邦平原地形概覽圖

在火星北部低地，烏托邦平原是三大主要地形窪地之一。根據各種地形特徵，推測烏托邦平原在火星早期歷史上可能存在過靜水，甚至可能是海洋。由德國航空航天中心（DLR）營運的歐洲太空總署火星快車軌道飛行器上的高解析度火星相機（HRSC）於2024年11月9日拍攝了該區域。圖中的小矩形區域展示了該區域的地形。

(E) 烏托邦平原典型的火星氧化地形和火山灰覆蓋區域

左側淺色表面－由典型的紅色（氧化/生鏽的）火星風化層構成－過渡到右側的深色表面沉積物。這些沉積物由火山灰/沙層構成。

(F) 烏托邦平原部分地區的地形圖

這張彩色地圖展示了烏托邦平原大型撞擊盆地的一部分。它由德國航空航天中心（DLR）火星相機HRSC於2024年11月9日（第26327軌道）搭載的火星快車號探測器採集的數據生成，並基於該區域的數位地形模型，由此可以推導出地貌特徵。地表較低的部分以藍色陰影顯示，而較高的部分則以黃色顯示，右上角的比例尺指示了地表高度。影像中，北方位於右側，影像解析度約為每像素17公尺。

(G) 烏托邦平原一部分的 3D（浮雕）圖像

利用HRSC相機的垂直指向火星表面的天底通道和其中一個傾斜角度的立體通道，可以生成立體影像。配戴紅藍眼鏡或紅綠眼鏡觀看時，這些影像能夠呈現火星地形的三維視圖。高達17米/像素的影像分辨率，即使是最小的地形特徵也能清晰可見。