宇宙碰撞暴露了火星隐藏的冰层和岩石层

通过分析撞击坑喷出的物质的飞行距离，科学家可以定位地下冰川和其他有趣的地下特征。左图是美国宇航局（NASA）的HiRISE仪器拍摄的火星新撞击坑图像。右图是根据撞击的计算机模拟得出的喷出物覆盖层的范围。图片来源：NASA/Aleksandra Sokolowska

行星科学家找到了一种令人兴奋的新方法来观察火星尘土飞扬的表面之下——甚至可能还有其他行星。

最近的一项研究表明，流星撞击喷出的岩石和碎片覆盖层（称为喷出物覆盖层）可以揭示地下的物质。喷出物覆盖层的大小取决于地表下物质的类型。这一发现可以帮助科学家利用火星卫星的数据识别地下冰川和其他隐藏的特征。

“过去，研究人员一直利用撞击坑的大小和形状来推断地下物质的性质，”伦敦帝国理工学院的UKRI研究员亚历山德拉·索科洛夫斯卡（Aleksandra Sokolowska）说道。“但我们的研究表明，陨石坑周围喷出物覆盖层的大小也对地下物质的性质敏感。这为我们提供了一个新的地表观测数据，有助于限制地下物质的存在。”

索科洛夫斯卡在布朗大学担任博士后研究员期间进行了这项研究，与布朗大学地球、环境和行星科学系的行星科学家英格丽德·道巴尔 (Ingrid Daubar) 合作。

他们的研究结果发表在《地球物理研究杂志：行星》上。

通过模拟进行更深入的观察

太阳系中到处都是撞击坑，所有行星和卫星的表面都布满了陨石坑。长期以来，科学家们一直在研究陨石坑的大小和形状，以期寻找地表之下可能存在物质的线索。地表之下的强度、多孔性以及许多其他因素都会改变陨石坑的特征。这为科学家们提供了一种从轨道上观察行星内部的方法，而无需将航天器降落到地表。

在这项新研究中，索科洛夫斯卡想看看陨石坑喷出物是否能提供另一种信息来源。为此，她使用了由伦敦帝国理工学院教授、本研究合著者加雷思·柯林斯共同开发的计算机模拟技术，以捕捉行星撞击的物理特性。在模拟中，索科洛夫斯卡可以改变地表深处物质的特性，以观察其如何影响喷出碎片的传播距离。她测试了各种不同的地下物质：固体基岩、类似埋藏湖床中的沉积物、混有冰的松散岩石以及固体冰川沉积物等等。

在这张艺术概念图中，NASA 火星勘测轨道飞行器掠过名为 Nilosyrtis Mensae 的火星区域。图片来源：JPL/NASA

模拟表明，不同的地下材料和分层模式会产生各种不同的喷出物模式。

“喷出物半径的差异可能非常大，我们预测可以利用火星勘测轨道飞行器上的 HiRISE 相机在轨道上进行测量，”索科洛夫斯卡说道。“一旦该方法经过全面测试，它将成为研究地下特性的一种很有前途的新工具。将这项概念验证工作转化为实际工具是我目前在帝国理工学院的研究课题。”

为了给模拟结果增添一些真实性，研究小组观察了火星上两个新形成的撞击坑。由于这些撞击坑是新形成的，它们的喷出物覆盖层尚未受到太多侵蚀，因此测量其原始大小相对容易。研究人员还从数据中推断出，其中一个撞击坑位于坚实的基岩之上，而另一个撞击坑已知存在一些地下冰层。与模型预测一致，位于冰层地下的撞击坑的喷出物覆盖层比位于基岩上的撞击坑小得多。

确认轨道预测

这些发现有助于证实喷出物半径的差异是可检测到的，并且反映了已知的地下特性。

研究人员表示，该方法可能对当前和即将进行的几项航天器任务有用。2026年2月，欧洲航天局的“赫拉”号航天器将抵达迪莫弗斯（Dimorphos）。迪莫弗斯是一颗小行星，几年前被美国宇航局（NASA）发射的抛射物击中，旨在测试偏转可能撞击地球的小行星的可能性。“赫拉”号的任务是观察偏转试验造成的陨石坑，以进一步了解该小行星的内部结构。

索科洛夫斯卡说：“我们的研究表明，未从小行星逸出并覆盖其表面的喷出物可能包含有关小行星内部的宝贵信息。”

编译自/ScitechDaily