暗坡條紋

暗坡條紋（Dark slope streaks）是一系列狹長的崩塌般特徵，常見於火星赤道地區塵埃覆蓋的斜坡上。它們形成於相對陡峭的地勢，例如懸崖和隕石坑坑壁上。雖然在20世紀70年代末的海盜號軌道飛行器拍攝圖像中已被首次發現，但直到20世紀90年代末和21世紀初的火星全球探勘者號（MGS）和火星勘測軌道飛行器（MRO）提供了更高解析度的圖像，暗坡條紋才開始被進行詳細的研究。

產生暗坡條紋的物理作用現在仍不清楚，它們最有可能是陡峭斜坡上鬆散、細粒的物質崩塌所引起（即粉塵崩塌）。雪崩擾亂並抹去了表面明亮的塵埃層，而暴露出較暗的底下層。水和其他揮發成分在條紋形成中的作用（如果有的話）仍然存在爭議。斜坡條紋特別有趣，因為它們是目前在火星上可以觀察到的少數仍在活躍的地質現象之一。

## 火星暗紋的性質

暗坡條紋屬反照率特徵，在肉眼看來，它們是與淺色背景坡之間的一種亮度差異。通常除了最高解析度（<1米/像素）圖像外，無法在無明顯起伏變化的地形中區分條紋與它周圍的地貌。在很多情況下，斜坡的原始表面紋理仍將保持並繼續穿過條紋，似乎並不受暗紋形成事件的影響（如左圖所示），整體外觀效果尤如沿斜坡投射下的部分陰影。這些觀察結果表明，無論條紋形成的過程是什麼，它只影響最表面的一層，坡紋也僅比周邊地表暗10%左右，但在圖像中通常顯示為黑色，這是因為對比度被人為調高了。

火星表面遍布著大小不同的反照率特徵，構成了從望遠鏡可看到的火星古典明暗標記(參見火星古典反照率特徵，這些標記是因火星表面所覆蓋的塵埃比例不同而造成。火星塵埃呈微紅的亮赭色，而基岩和土壤（表岩屑）則呈深灰色（顏色未變的玄武岩）。因此，火星上多塵區域顯得明亮（高反照率），而岩石和岩屑比例較高的地表則通常較暗（低反照率）。火星上大部分的反照率特徵都是由風造成，風清除了一些區域的塵埃，留下了一層更暗的隔溫層。在其他區域，塵埃沉積則形成明亮的表面；而在撞擊坑和其他障礙物周圍，塵埃選擇性的清除和堆積最為明顯，在這些障礙物周圍形成了各種條紋（風尾）和不規則斑塊。

暗坡條紋為相對較小的特徵（見圖片集中的A圖）它們與較大的反照率特徵不同，是由重力而非風力所產生，儘管風可能也是它們最初形成的原因（見圖片集中的B圖）。顏色變暗的原因尚不確定，所涉及的顆粒尺寸被認為非常小（沙、淤泥和黏土大小的顆粒），不存在大到足以被拍攝出的碎屑，且下層岩床坡從未暴露（即灰塵只是從塵埃表層崩落）。顯然，其他光學、機械或化學性質等也與較暗色調的產生有關。

暗坡條紋通常與其他色調不同的坡紋同處同一斜坡，最暗的條紋被推定是最年輕的，它們的邊緣比不那麼暗的條紋更清晰，這種關係表明條紋會隨著時間的推移而變淡並變得更加彌散，可能是因為它們被從大氣中飄落的新鮮塵埃所覆蓋，褪色的暗坡度條紋應不會與明亮的斜坡條紋相混淆（下面討論），沙塵暴在火星上很常見，有時整個行星都被沙塵暴所籠罩，如下圖所示。

- 2001年6月無沙塵暴的火星（左）和2001年7月火星全球探勘者號所見到的全球沙塵暴的火星（右）。

## 形態與出現

在中等解析度（20-50米/像素）下，暗斜坡條紋顯示為沿撞擊坑邊緣和懸崖向下傾斜排列的纖薄平行細絲，它們通常是筆直的，但也可能呈彎曲或S形（請參見圖片集中的C圖）。更近一點，暗坡條紋通常具有細長的扇狀形（如右圖所示），其寬度從20米到200米不等，一般有數百到1000米長，長度超過2公里的暗坡條紋並不常見，大部分都會終止在斜坡上，並不會延伸到平坦地形。

一道暗紋通常是從斜坡上一處高點（頂點）開始，頂點通常與小孤脊、小丘或其他局部變陡區域有關。在高解析度圖像中，有時可在頂點看到一座極小的撞擊坑。斜坡條紋從頂點向下呈三角形狀逐慚展開，通常在其長度中點以下達到最寬。單條斜坡紋可以在障礙物周圍分裂為兩條或繞過形成吻合結構（參見照圖片集的D和E圖），斜坡紋通常在下坡末端形成多指狀（指狀分裂）。

來自火星勘測軌道飛行器上高解析度成像科學設備的圖像顯示，與之前的描述相反，很多斜坡條紋都有起伏地形。在之前的描述中，條紋與相鄰非條紋表面之間看不出地形差異。

暗坡條紋在火星赤道區最為常見，尤其是在塔爾西斯、阿拉伯高地和亞馬遜區（左圖）。它們出現在北緯39°和南緯28°之間，在其北部界線，會優先出現在溫暖、朝南的斜坡上。奇怪的是，斜坡條紋也與最高溫達到275K（攝氏2度）—接近火星上水的三相點溫度的區域有關，這種關係使得一些研究人員認為液態水參與了暗坡條紋的形成。

暗坡條紋似乎與海拔高度或特定基岩地質區域無關，它們出現在各種質地的斜坡上，包括表面平坦、無特徵、可能很年輕以及古老、嚴重坑窪的斜坡。但是，它們總是與表面高度粗糙、高反照率和低熱慣量的區域相關，這些特性表明陡坡上覆蓋著大量塵埃。

有人認為條紋可能形成於日出後開始的乾冰升華。低緯度地區，CO2在夜間的霜凍很普遍。

## 形成機制

研究人員提出了多種暗坡條紋產生的形成機制，最普遍的觀點是，這些條紋是乾燥顆粒流產生的塵埃雪崩的結果。在陡峭斜坡上，塵暴類似於地球上的松雪雪崩。在寒冷、幾乎無風條件下產生的乾燥粉狀雪，單個雪晶之間幾乎沒有粘合力，當這種積雪堆積時就會發生松雪雪崩，這一過程會在雪面上產生出一條極淺的凹槽（脫皮），從遠處看，它的色調比斜坡的其他部分略暗。

其他模型涉及到水，或是以泉水釋流、濕泥石流或富氯滷水季節性滲漏等形式。利用火星奧德賽號中子光譜儀的數據，研究人員發現斯基亞帕雷利盆地中的斜坡條紋出現在預計產量在7.0%到9.0%水當量氫（WEH）的區域，而典型的背景值小於4%，這種關係表明，高百分比水當量氫與暗坡條紋的出現之間存在關聯。然而，由於火星上液態水的整體熱力學不穩定性，任何需要大量水的過程（如泉流釋放）似乎都不太可能。

另一種模型提出，暗斜坡條紋是被二氧化碳（CO2）氣體濕潤的乾燥塵埃所形成的貼地密度流產生的。在這種設想下，少量初始沉降在地表的CO2氣體吸附在地表下顆粒上，產生了一種以微弱的密度流沿下坡方向移動的塵流。這種機制可能有助於解釋異常長的斜坡條紋。

部分觀察結果表明，暗坡條紋可能由撞擊引發。2007年和2010年背景相機獲得的照片顯示，奧林帕斯山光環上出現了一道新的條紋。一幅來自高解析度成像科學設備的後續圖像顯示，條紋頂部有一座新的隕石坑。研究人員得出結論：撞擊引發了新的斜坡條紋。後來在阿拉伯區發現了另一條與撞擊有關的條紋。

- 高解析度成像科學設備在阿拉伯區看到，近期一次撞擊形成的一座小隕坑產生了新的條紋。

2012年1月發表在《伊卡洛斯》雜誌上的研究發現，暗色條紋是由以超音速飛行的隕石氣流引發的。由亞利桑那大學本科生「凱蘭·伯利」（Kaylan Burleigh）主持的科研團隊，在計算了5座新隕坑撞擊點周圍約65000條暗色條紋後，發現了一些模式，靠近撞擊點的條紋數量最多，所以，這種撞擊可能是造成條紋的原因。此外，條紋的分布構成了一種從撞擊點向兩側延伸的雙翼圖案。彎曲的雙翼形似半月短刀（scimitars）或小彎刀。這種模式表明，來自隕石群氣流相互作用使塵埃產生的鬆動，足以引發形成眾多暗紋的塵埃雪崩。起初，人們認為是撞擊引起的地面震動導致了塵埃雪崩，但若果真如此，暗色條紋將對稱地排列在撞擊點周圍，而非聚集成彎曲的形狀。

這群隕石坑位於奧林匹斯山以南510英里的赤道附近，坐落在一種被稱為「梅杜莎槽溝層」的地形上。該地層覆蓋著塵埃，包含被稱為雅丹地貌的風蝕脊，這些雅丹山脊的陡坡上覆蓋著厚厚的塵埃，因此，當撞擊產生的氣流聲爆抵達時，塵埃將開始沿著山坡向下崩落。

利用火星全球探勘者號和美國宇航局火星勘測軌道飛行器上的高解析度成像科學設備相機拍攝的照片，科學家們發現火星上每年約有20次新的撞擊。由於探測器在14年的時間裡幾乎一直都在對火星進行連續成像，因此可將疑似有新出現隕石坑的較新圖像與較早的圖像進行比較，以測定隕坑形成的時間。由於這群隕坑是在2006年2月的高解析度成像科學設備圖像中發現的，但在2004年5月火星全球探勘者號拍攝的圖像中並不存在，因此，撞擊應發生在那段時間之內。

該群隕坑中最大的隕石坑直徑約22米（72英尺），接近一座籃球場的大小。當隕石穿過火星大氣層時，它很可能會碎裂，因此形成了一組密集的撞擊坑。暗坡條紋的出現已有一段時間了，人們提出了許多想法來解釋它們，這項研究可能會最終解開這個謎團。

- 該照片顯示了隕坑群和隕石噴流形成的曲線。隕石引起的氣流造成陡坡上的塵埃崩塌，圖像來自高解析度成像科學設備。
- 上一幅圖像明暗分界區的特寫，圖像中間的黑線顯示了明、暗彎曲線區之間的分界。綠色箭頭表示山脊高地。當來自隕石氣流的衝擊時降臨時，鬆散的塵埃則沿著陡坡向下滾落。圖像來自高解析度成像科學設備。

## 形成速率

斜坡條紋是現今火星表面還在形成中的少數地貌學特徵之一，通過比較20世紀70年代海盜號軌道飛行器與20世紀90年代末火星全球探勘者號火星軌道器相機所拍攝的同一位置圖像，首次發現了新的條紋。新條紋的出現表明，火星上仍在活躍地形成斜坡條紋，至少在每年到每十年的時間尺度上。後來，使用重疊相隔數天到數年的火星軌道相機圖像進行統計處理表明，火星上可能以每70天左右的速率形成斜坡條紋。如果準確的話，這一速率表明，斜坡條紋是在火星表面觀察到的最具活力的地質特徵。

暗坡條紋的褪色和消失速度比新出現的慢得多。海盜號圖像中發現的大多數條紋在幾十年後仍然可見，儘管少數已經消失。研究人員推斷，條紋出現的速度比消失的速度快10倍，而且火星上的斜坡條紋數量在過去三十年中有所增加。這種不平衡現象不太可能在地質上持續很長時間。解決這種不平衡的一種可能狀況是，條紋雖能持續數個世紀，但在極為罕烈的沙塵暴（自海盜號以來，火星上從未觀測到如此大規模的風暴）之後，條紋會被「整體」擦除乾淨。風暴平息後，一層厚厚的新塵埃沉積下來，接下來又會開始新一輪的條紋形成。最近發表在《伊卡洛斯》上的一項研究發現，暗坡條紋至少能維持約40年。研究人員通過對比海盜號和火星勘測軌道飛行器背景相機拍攝的呂科斯溝脊地一處區域的圖像，發現海盜號首次觀察到的條紋已全部消失，其表面已被新的條紋所替代。

## 類似物和相關特徵

暗坡條紋與火星上其他一些小型、與斜坡相關的特徵有關，或表面上相類似。這些特徵包括淺色條紋、雪崩疤痕和重現性斜坡線。水跡是發生在地球兩極地區的特徵，它們也類似於暗坡條紋和復發性斜坡線，但尚未在火星上被看到過。火星上許多斜坡特徵可能源於一系列位於相反端的乾燥崩塌和少量河流（與水相關）活動作用。沖溝是火星南半球中緯度區斜坡上另一種常見特徵，它們在各類文獻中受到了廣泛關注，但在此不作討論。

### 淺色條紋

淺色斜坡條紋是指比周圍地表色調更淡（約2%）的條紋（見圖片集中的F圖），它們比暗坡條紋要少見得多，但這兩種類型的條紋具有相似的形態，並且都出現在火星相同的區域。有證據表明，淺色斜坡條紋比暗坡條紋更古老，從未觀察到過新的淺色斜坡條紋，在一些圖像中可以看到暗坡條紋覆蓋在淺色條紋上，表明前者比後者更年輕。淺色條紋很可能是由已過渡到部分褪色階段的舊暗坡條紋所形成。這一假設得到了地理證據的支持，這些證據表明，在新的暗坡條紋形成率較低的地區，淺色斜坡條紋更為常見。換言之，淺色條紋相對較多的區域往往不太活躍，並且包含較多古老的暗條紋。

### 雪崩疤痕

具有豐富斜坡條紋的區域也包含明顯屬不同類別的雪崩疤痕，這種疤痕在形態和大小上類似於斜坡條紋(見圖片集中的G圖），通常有數米深和數百米長。它們起始於斜坡上的一個高點（有時是一座極小，幾乎無法確定的撞擊坑），邊緣呈三角形般樣式向下傾瀉。在記錄的示例中，約有一半可在坡下看到攤積的碎屑堆，這些特徵最初被稱為「米級厚的雪崩疤痕」，這些特徵被認為與斜坡條紋不同。然而，來自火星勘測軌道飛行器高解析度成像科學設備拍攝的更高解析度圖像表明，米級厚的雪崩疤痕與斜坡條紋是相關的，是由塵埃雪崩形成的活躍塊體運動特徵連續體的一部分。

### 重現性坡線（暖季流）

2011年夏，《科學》雜誌上發表了一篇論文，描述了一類新的斜坡特徵，其特徵表明它們是由季節性液態水釋放形成的(見圖片集中的H圖和I圖），被稱為重現性坡線（RSL），這些特徵引起了相當多媒體的關注。重現性坡線是一種狹窄（0.5至5米）的深色線條，傾向於出現在南半球南緯48度至南緯32度之間陡峭、面朝赤道的斜坡上。重複的高解析度成像科學設備圖像顯示，這些線條在溫暖季節會逐漸出現和生長，而在寒冷季節則逐漸消失。重現性坡線與暗坡條紋只是表面相似，它們的寬度則要小得多，並且具有與暗坡條紋不同的地理分布模式和斜坡屬性。重現性坡線似乎出現在地表溫度季節性高達250–300K（攝氏-23度到27度）的岩床坡上。在火星年的某些時段，這些位置可能有利於液體鹽水從滲出物中流出。與重現性坡線不同的是，暗坡條紋似乎在整個火星年中偶爾出現，它們的觸發似乎與季節或大型區域性事件無關。

### 水跡

水跡是地球北極和南極地區永久凍土占主導地位的地形中常見但很少研究的斜坡特徵。由於水被引入在地表下永久凍土頂部，因此，該區域的土壤濕度得以提高。雖然火星上還沒有明確的水跡，但一些研究人員已經注意到它們在形態和光譜上與火星的斜坡條紋相似。與暗坡條紋一樣，水跡也是在下坡方向上延伸的狹窄、帶分支的特徵。相較於周圍地表，它們通常顯得略微暗淡，很少或根本察覺不出起伏變化。即使在達到峰流情況下，它們通常看起來像寬度不到60米，長約數百米的潮濕、變暗的小塊土壤。在冬季，暗色的表面會變色消失在凍結的水跡中，使他們幾乎無法被察覺.。

## 圖片集

下面的圖集顯示了暗坡條紋及相關特徵，要查看標題和文本中描述的特徵，請點擊放大圖像。

- A. 相較於更大、與風有關的反照率特徵（圖像中上部橢圓形斑塊），暗坡條紋則是沿隕坑東南壁延伸的細小線型反照率特徵。該圖像來自火星奧德賽號探測器熱輻射成像系統拍攝的可見光照片，區域範圍約25公里寬，上方為北。
- B. 這種黑坡條紋可能是由塵暴風引起的，可看到一條薄薄的塵暴痕跡穿過斜坡條紋的頂點。這幅火星勘測軌道飛行器高解析度成像科學設備圖像區域1.8公里。
- C. 狄阿克里亞區的暗坡條紋，由火星全球探勘者號上的火星軌道器相機拍攝。
- D. 火星軌道器相機觀察到的佛勒格拉山脊群區的暗坡條紋，圖像中心附近的條紋環一座小丘繞道。圖像區域約3公里（1.9英里)。
- E. 火星軌道器相機看到的呂科斯溝脊地區吻合型（網結狀）斜坡條紋，其形態類似於流體流動產生的特徵。圖像區域約為3公里（1.9英里）。
- F. 通過火星軌道器相機可看到，阿拉伯高地的這座撞擊坑坑壁上同時出現了暗色和淺色的斜坡條紋，光度測定分析表明，條紋的亮度為固有的，並非由照明條件或被觀察物體的幾何形狀所引起。
- G. 與暗斜坡條紋相關的低淺雪崩疤痕，斜坡條紋與疤痕具有相同的尖頂和三角面形態，表明這兩種類型的特徵具有相似的起源。圖像來自高解析度成像科學設備。
- H. 高解析度成像科學設備看到的重現性斜坡線。
- I.火星斜坡上季節性的暗色流體，「重現性坡線」（RSL）（2007年11月2日）。
- HiWish計劃下高解析度成像科學設備看到的底座形撞擊坑頂部附近的暗坡條紋。
- HiWish計劃下高解析度成像科學設備看到的底座形撞擊坑附近的暗坡條紋和岩層。
- HiWish計劃下高解析度成像科學設備看到的狄阿克里亞區年輕和古老的暗色條紋。
- HiWish計劃下高解析度成像科學設備看到的暗色條紋，箭頭顯示了巨石如何影響了條紋的形狀。
- HiWish計劃下高解析度成像科學設備看到的暗色條紋，箭頭顯示了巨石如何影響了條紋的形狀。

## 延伸閱讀

- Barlow, N.G. (2008). Mars: An Introduction to Its Interior, Surface, and Atmosphere; Cambridge University Press: Cambridge, UK, .
- Hartmann, William, K. (2003). A Traveler’s Guide to Mars: The Mysterious Landscapes of the Red Planet; Workman: New York, .