2025年11月12日
- 德國航空航天中心 (DLR) 的高解析度立體相機拍攝的新影像顯示，火星上存在一個以地震、撞擊和極端氣候為特徵的區域。
- 科洛伊溝壑是高地地區薩巴亞大陸和低地地區烏托邦平原之間「行星二分法」的一部分。
- 窪地的土壤為我們了解火星的歷史，特別是其氣候發展提供了寶貴的見解。
- 重點領域：太空旅行、探索、火星快車號、HRSC立體相機
任何將「科洛溝」與馬達加斯加的掠食動物聯繫起來的人顯然都搞錯了…「科洛溝」是火星上綿延廣闊的溝壑。最近處理過的高解析度立體相機（HRSC）資料影像向我們展示了一個由地震、撞擊和極端氣候事件塑造的區域。 HRSC是由德國航空航天中心（DLR）開發的相機實驗裝置，搭載於歐洲太空總署（ESA）的火星快車探測器上，自2004年1月以來一直在運作。
科洛伊槽溝位於火星北半球，是所謂的行星二分線的一部分：它將高地薩巴地（Terra Sabaea）與低地烏托邦平原（Utopia Planitia）分隔開來（見註釋圖）。這條邊界的顯著特徵是陡峭的斜坡，高差超過兩公里。造成這顆鄰近行星分裂的原因至今仍不清楚。一個可能的解釋是，四十億年前，火星北半球曾受到一顆小行星的撞擊，導致北部數公里厚的岩石地殼被撕裂。
從北面（俯視圖的右側）到南面（影像中的左側），地形縱橫交錯，遍布地質學上稱為「地壘和地塹構造」的地殼塊體。火星上有很多這樣的構造，岩漿房上升時，岩石地殼被拉伸和抬升，例如在巨型火山奧林帕斯山的北部就能看到這種構造。周圍的地形分佈著許多撞擊坑，包括一些小型、形狀不規則的撞擊坑群。這些所謂的次生撞擊坑是由小行星撞擊噴射出的物質落回地表形成的，這些物質會形成更多的撞擊坑。在這種情況下，形成撞擊坑的物質就來自撞擊體本身。
撞擊坑可作為地表年齡的指標
小行星和隕石的撞擊——這些天體直徑從數百公里到微米級的塵埃顆粒不等，後者是行星形成過程中遺留下來的殘餘物——是造成具有固體表面的天體地形外部變化的最主要原因。在擁有大氣層的天體上，塵埃顆粒大小的微隕石會在大氣層中燃燒殆盡，從而被「過濾」掉。
然而，在地球的衛星——月球上，由於沒有大氣層，隕石可以暢通無阻地以超過每小時10萬公里的速度撞擊地面，將岩石磨成細小的粉末狀塵埃，即月壤。火星擁有稀薄的大氣層，與月球相比，撞擊地面的隕石數量較少，但仍遠多於地球。由此形成的撞擊坑是科學家確定火星表面相對年齡的重要「測量」指標。
許多大型撞擊坑出現在較古老的地表上，顯示它們曾長期遭受來自太空的轟擊。撞擊坑數量較少且體積較小通常指向較年輕的地表。撞擊坑的尺寸也隨著太陽系年齡的增長而減小，因為大型天體率先撞擊，而較晚時期則只有較小的撞擊體。因此，海溝底部撞擊坑的稀少表明，這些沉積物可能比周圍富含撞擊坑的地形年輕得多。
線性山谷填充物和同心圓隕石坑填充物
仔細觀察，窪地底部的物質也揭示出引人入勝的表面特徵，為我們了解火星歷史，特別是其氣候演變提供了寶貴的線索。在許多地方，可以看到一種流線型的圖案，這是所謂的線性谷地填充物的典型特徵。
線性谷地充填物由黏稠的富冰沉積物構成。這種物質類似陸地上的岩冰川，其表面覆蓋著一層碎屑或岩石。這些沉積物可能含有超過80%的冰，埋藏在厚厚的岩石層之下，免受昇華或蒸發的影響。地表的線性結構是由冰體沿著谷坡緩慢流動形成的。在谷底中心，這些冰體相互碰撞並受到擠壓——類似於從兩側擠壓桌布的效果。
與線性山谷填充相對的是，撞擊坑內類似的特徵被稱為同心坑填充。後者可以在影像中的一些撞擊坑中看到。因此，這兩種地表構造都清楚地顯示了溝壑和窪地中曾經存在冰川活動。但是，這種冰川作用怎麼可能發生在距離火星兩極如此遙遠的地方呢？
火星中緯度地區冰川的存在表明，這顆如今乾燥的星球在其演化過程中經歷了冷暖交替的時期。反覆的凍融循環驅動了這個過程。這些氣候波動是由火星軌道參數的變化引起的——即火星在其繞太陽橢圓軌道上距離太陽距離的變化——尤其是其自轉軸傾角的變化，而自轉軸傾角的變化幅度很大。
軸傾角增大－中緯度地區冰層增多
與地球自轉軸傾角（約23.5度，由於月球的穩定作用，40多億年來基本上保持不變）不同，火星的自轉軸傾角波動更為顯著且頻繁。這是由於其他行星的引力影響所致。這些自轉軸傾角的周期性變化導致火星氣候出現規律性波動，並進而改變冰的分佈。
簡言之：在地軸傾角較大的時期，冰川會從兩極向中緯度地區擴散。相反，當地軸傾角較小時——就像現在這樣——冰川會退回到兩極，並在地形上留下明顯的痕跡。在相近緯度的兩極化地帶頻繁出現此類地形表明，造成這種現象的原因是全球氣候過程，而不僅僅是局部環境變化。
圖像編輯
這些影像由火星快車號探測器上的高解析度立體相機（HRSC）在26257次軌道飛行期間拍攝。地面解析度約為每像素16米，影像中心位於北緯39度、東經54度附近。彩色影像由垂直於火星表面的天底通道資料和HRSC彩色通道資料合成。傾斜透視圖由數位地形模型、天底通道資料和HRSC彩色通道資料合成。立體影像（配戴紅藍眼鏡或紅綠眼鏡觀看時呈現三維立體效果）由天底通道資料和立體通道資料合成。彩色編碼地形圖是基於該區域的數位地形模型（DTM），從中可以推導出地形特徵。
[照片]
(A) 火星上海拔差異巨大
巍峨聳立的桌狀山峰，海拔超過兩千米，標誌著南部高地向北部低地的過渡。科洛伊裂谷陡峭的山坡上可見土石流痕跡，顯示脫離的岩體至少部分曾被冰川覆蓋。在桌狀山約30公里長的山脊上，點綴著許多次生隕石坑，這些隕石坑源自於一個較大隕石坑的噴發物。遠處可見構造裂谷。
(B) 火星高地與低地交界處的構造特徵
在火星高地的許多地方，都可以找到由堅硬的火星地殼拉伸和隨後斷裂形成的構造。位於火星北部低地交界處的科洛槽溝就是一個典型的例子：影像顯示，由於東西向的拉伸，沿著南北走向的斷層線，整個地殼塊體沉降到由此形成的空隙中。這種地形稱為地壘或地塹構造。
(C) 撞擊坑內覆蓋著噴出物和冰的痕跡
影像顯示了高原上一個相對年輕的撞擊坑，直徑約12公里。形成此撞擊坑的撞擊發生在火星地殼拉伸之後，部分噴射物質沉積在沿著撞擊坑兩側延伸的線性溝槽中－即科洛溝（Coloe Fossae）。撞擊坑內部的條紋狀結構表明，岩石和冰的混合物沿著斜坡滑落，並在底部受到擠壓。
(D) 柯洛伊溝渠地形圖
德國航空航天中心（DLR）的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。在構造裂谷（「溝槽」）縱橫交錯的北部區域，火星高地陡然下降超過3000米，進入烏托邦平原北部的低地。
(E) 薩巴埃高原北部的科洛伊溝壑
該地形位於「二分界線」上，即薩巴埃沼澤高原與烏托邦平原北部低地的交界處，大致位於東經55度、北緯40度附近。德國航空航天中心（DLR）的HRSC立體相機於2024年10月19日，在軌道26.257期間對該區域進行了掃描。區域地形概覽圖也顯示了二分界線以北的一些高地，其中一些已經遭受嚴重侵蝕——例如普羅托尼盧斯山和科萊斯尼利丘陵。
(F) (3D) Cooe Fossae 裂谷的浮雕圖像
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。這些圖像提供了火星地形的三維視圖。由構造伸展斷裂形成的線性溝槽，以及諸如冰川碎屑流形成的條紋狀流動結構等細微特徵，都特別適合用於研究這些影像。