2026年7月15日
- 德國立體相機 HRSC 拍攝的影像顯示了火星上一個大型撞擊坑底部不同類型的沙丘。
- 白霜在沙丘和火山口斜坡上形成一層金屬光澤。
- 高達一公里的「塵捲風」展現了風的力量。
- HRSC 是德國航空航天中心 (DLR) 為歐洲火星快車任務開發的相機實驗。
- 自 2004 年以來，HRSC 一直可靠地向地球發送火星影像，並由此產生數位地形模型。
- 主要研究領域：太空旅行、探索、火星。
提到「風成」這個詞，你可能會想到西西里島北部的群島，根據古代神話，那裡是風神埃俄羅斯的故鄉。在火星上——就像在地球上一樣——這個詞指的是風力驅動的沉積或侵蝕過程。來自歐洲火星快車任務搭載的德國高解析度掃描相機（HRSC）的最新影像數據顯示，在火星南部高地直徑超過200公里的凱撒隕石坑底部，存在一片巨大的深色沙丘。
高解析度立體相機（HRSC）由德國航空航天中心（DLR）研發，自2004年1月起開始向地球傳回影像。相機利用立體影像資料計算數位地形模型，從而繪製出火星的地形圖，並以三維形式呈現其表面。這使得人們能夠重建火星早期地質過程，包括其性質和時間。而地球是一個動態變化的星球，其地形幾乎都形成於不到40億年前，因此無法深入了解其形成過程。
鐮刀融入田野：諾亞奇之地的沙丘
凱撒隕石坑位於火星最古老的區域之一—諾亞大陸。它以諾亞紀命名，諾亞紀是一個地質時期，大約從41億年前持續到37億年前。從其表面密佈的大型隕石坑可以看出這片地形的古老程度。圖片展示了凱撒隕石坑的南部，周圍環繞著許多隕石坑，包括格里利隕石坑、勒維耶隕石坑和紐庫姆隕石坑（請參閱左側概覽圖）。凱撒隕石坑以德國行星科學家格哈德·紐庫姆（1944-2014）的名字命名，他曾任德國航空航天中心行星探測研究所（現為太空研究所）所長，也是高分辨率超高分辨率相機（HRSC）的“發明者”。
凱撒隕石坑深近兩公里，以荷蘭天文學家弗雷德里克·凱撒（1808–1872）的名字命名。它的直徑大致相當於從斯圖加特到慕尼黑的距離。影像的右側（北部）顯示了隕石坑底部。其南緣位於影像中心，左側附近可以看到幾個較小的撞擊坑。
隕石坑底部那些深色、閃爍著金屬光澤的結構，是由一片廣闊的沙丘和一些零星的沙丘組成，它們都由深色的火山物質構成。這種金屬光澤是由沙丘南坡上淺色的霜凍沉積物造成的。這張照片拍攝於火星南半球冬季的後半段，此時霜凍覆蓋範圍從南極一直延伸到部分地區的中緯度地區。
在凱撒周圍，可以觀察到各種類型的沙丘，其中一些相互融合：位於邊緣地帶的單一沙丘是典型的月牙形沙丘，也稱為新月丘（參見註釋圖）。當風力帶來更多沙子沉積，從而「可用於」沙丘形成時，單一新月丘就會融合在一起，形成所謂的新月形沙脊。這些沙脊是過渡到佔據該地區大部分面積的橫向沙丘類型的形狀。橫向沙丘的脊線垂直於風向，並且與新月丘的走向一樣，表明風來自西方。
風和水塑造的動態地形
在沙丘附近的某些地方，風蝕作用已經剝去了土壤，露出了下層地層。這些地層呈現淺色沉積物，顯示其中含有黏土礦物。黏土礦物通常是由火山母岩玄武岩與水接觸風化形成的。仔細觀察，還能發現這裡風的痕跡：一小塊邊緣呈紅色的明亮區域是一個正在火星表面移動的塵捲風。這個塵捲風的長影顯示它高達約兩公里。這是火星上常見的現象，在高解析度掃描望遠鏡（HRSC）拍攝的影像中也經常出現。
研究人員非常感興趣的另一個地質特徵存在於一些較小的隕石坑中，例如影像右側邊緣凱撒隕石坑內部的隕石坑和中心的隕石坑。沿著這些隕石坑的內壁，可以清楚地看到狹窄的、向下延伸的溝壑。這些侵蝕溝壑（英文稱為gullies）的形成機制尚不清楚。大量證據表明，它們是由不穩定的坡體物質引發的乾滑坡造成的，對於至今仍在變化的溝壑來說尤其如此。一些較古老的溝壑也可能與融水或地下水的暫時滲漏有關。
[照片]
(A) 火星凱撒隕石坑中帶有金屬光澤的黑色沙丘
在火星高地凱撒隕石坑南部，有一片廣闊的深色火山沙丘，直徑約200公里。沙丘南坡上覆蓋著一層淡淡的霜凍，使其呈現金屬光澤。這張照片拍攝於火星南半球冬季的後半段，影像寬度約20公里。
(B) 火星隕石坑，南緣有霜凍沉積物。
火星南北兩極的季節性冰蓋在冬季分別延伸至南北半球的北緯50度線。在此過程中，來自寒冷大氣中的二氧化碳冰晶沉降到火星表面。這些沉積物會持續整個冬季，直到春季的最初幾週。在左側的隕石坑中，可以看到沿著南側內緣分佈的這種霜凍地形。
(C) 火星古老侵蝕隕石坑中的沙丘地帶覆蓋著霜凍
火星快車號探測器拍攝的凱撒隕石坑南部圖像顯示了火星上最古老的區域之一——諾亞地。諾亞地正是41億至37億年前諾亞紀的命名由來。這裡分佈著許多大型隕石坑，它們正逐漸被侵蝕夷為平地。隕石坑的邊緣幾乎難以辨認，例如圖中左上角一個直徑達30公里的隕石坑。影像右側可以看到一片沙丘地帶，其中包含所謂的橫向沙丘。
(D) 火星新月形沙丘中暴露的黏土礦物
如今，風是塑造諾亞奇斯地形的主要力量。但在37億多年前，水很可能是主要力量。在新月形沙丘的環繞下，存在著大片顏色鮮豔的淺色沉積物。這些很可能是黏土礦物，它們形成於諾亞奇斯地的火山岩與水接觸之後。風侵蝕了沙塵層，使這些黏土礦物暴露出來。
(E) 沼澤高地凱撒隕石坑南側的真彩色俯視圖
這張垂直俯視圖展示了直徑200公里的凱撒隕石坑南側（圖像右半部），圖中可見一片典型的、由新月形和橫向沙丘組成的大片區域，這種沙丘是沼澤高地常見的地貌特徵，由風力搬運的沙粒形成。影像覆蓋面積約為190公里×80公里。高密度分佈的嚴重侵蝕的撞擊坑是該地形的典型特徵。
(F) 火星凱撒隕石坑南部地形圖
德國航空航天中心（DLR）火星快車號探測器上的高解析度立體相機（HRSC）利用其九個感測器從不同角度拍攝火星表面影像。 DLR太空研究所和柏林自由大學利用這些數據計算數位地形模型。影像右上角的顏色標尺顯示了海拔高度值。直徑約200公里的凱撒隕石坑低窪地帶比周圍的諾亞奇斯地（Noachis Terra）高地低兩到三千公尺。影像中心左側的顯著隕石坑深度近1500公尺。
(G) 火星凱撒隕石坑南部的三維（立體）影像
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。每像素17公尺的高解析度使得即使是最小的地形特徵，例如橫向和新月形沙丘（其中一些高度超過100公尺）也能清晰可見。
(H) 火星諾亞奇斯地形概覽圖，包含凱撒隕石坑
諾亞奇斯地形是火星上最古老的地形之一。大約40億年前，無數小行星撞擊形成了數百個大型隕石坑。 HRSC於2025年10月5日拍攝了此處所示的一系列影像，其中展示了地質和風成現象（小矩形區域）。
(K) 火星凱撒隕石坑南部的地質與風成現象
在火星南部高地的這個區域，風力驅動的地質過程塑造了地形。分佈廣泛的新月形沙丘（新月丘陵）在某些地方匯合形成較大的山脊。霜凍使沙丘呈現出金屬般的光澤（「霜凍新月丘陵」）。在朝南的隕石坑壁上，也存在一些霜凍（「隕石坑壁上的霜凍」）。一些陡峭的隕石坑壁上形成了成因不明的溝壑（「溝壑」）。在某些地方，風蝕作用剝去了土壤，露出了下層地層。這些下層地層呈現出淺色調的沉積物（「淺色調沉積物」）。