火星的兩極皆有極冠，其中北極極冠主要由水冰組成，是火星曾擁有溫暖、潮濕氣候的重要證據之一。德國航空太空中心的一組研究人員利用極冠的雷達及地震觀測資料推算，揭示了極冠的年齡與火星內部結構之間的關聯性。
極冠與地表變形的關聯
研究團隊利用研究地球極區冰層對地表影響的技術來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，例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沈，隨後在冰層消融後再逐步回彈。這一現象的速率取決於地函（mantle）的黏滯性與溫度。地球的冰河時期結束時，曾經覆蓋廣大地區的冰層逐漸消退，地表開始回彈，這一過程被稱為「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。
圖說：火星的北極被水冰形成的永久極冠所覆蓋，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沈。圖片來源：ESA/DLR/FU Berlin, NASA MGS MOLA Science Team
火星北極極冠的年齡與地函性質
研究團隊分析了北極極冠下方的地表變形狀況。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資料、重力資料、雷達與地震觀測等，發現北極極冠的重量讓地表下沈，速率為每年0.13毫米。團隊表示此變形速率與地球比較相對較低，顯示火星上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。
透過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，獲得了火星內部的溫度與剛性分佈狀態。當極冠壓在地表上，其造成地層下沈的程度取決於地函的黏滯性，即地函對流動的抵抗性。在地球上，地函的黏滯性比瀝青高出上兆倍，雖然極為緩慢，但仍會在數百萬年的時間尺度上顯現明顯變形。而在火星上的觀測結果顯示，其北極極冠下方的地表變形較小，意味著該區域的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
研究團隊推測，火星北極極冠的年齡約為200萬至1,200萬年，顯示其形成時間遠比於火星上其他主要地形特徵更年輕。此外，雖然火星北極地函較冷，研究仍發現火星赤道附近可能存在區域性的熔融區域，顯示該區地函仍可能具有部分的熱對流活動。
這項研究是首次在地球以外的巖質行星上，觀察並確認了與地球上相似的冰川均衡調整的作用，未來的火星探測任務將配備更多儀器，以用於進一步測量火星地表的升降變化，更深入探討火星內部的動力學機制。（編輯／蔡承穎）
資料來源：Phys.org
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