HiWish 是美國航空航天局創立的一項計劃，其宗旨是動員所有人為火星勘測軌道飛行器上的高解析度成像科學設備相機推薦一處拍攝地點。該計劃於 2010 年 1 月啟動。在啟動後的頭幾個月內，曾有 3000 人註冊使用高解析度成像科學設備，首批圖像於 2010 年 4 月發布。公眾先後提出過 12000 多條建議，對火星上 30 個分區都提出了各自的目標。在第 16 屆國際火星協會年會上，這些推薦拍攝的圖像被用於三次演講。以下是截至 2016 年 3 月 HiWish 計劃發布的 4224 張圖片中的一部分。



冰川特徵

有些景觀看上去類似地球上冰川流過的谷道，就像所有積冰消融後，谷底只剩下劃痕和冰磧 — 冰川攜帶的泥土和碎屑的空谷。這些所謂的高山冰川被稱作類冰川形態（GLF）或類冰川流（GLF）。類冰川形態是一條更晚的術語，可能更準確，因為無法確定這類結構當前是否還在移動。

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可能的冰核丘

當作用力穿透脆性層時，通常可看到放射和同心狀裂紋，比如被石頭砸破的玻璃窗，這些特殊的裂縫可能是火星脆性表面下出現的某些東西所造成。水冰可能呈鏡面狀積聚在地表下，冰的密度比岩石小，當被推升到到表面後，就會呈現蜘蛛網般的圖紋，從而也就形成了這些有裂縫的土墩，這一過程與地球北極苔原上相似大小土墩的形成過程類似。這些特徵被稱為「冰核丘」（平戈斯），因紐特人詞彙。冰核丘含有純水冰，因此，它們可能成為未來火星定居者的水源，許多看起來像地球上冰核丘的特徵都可在烏托邦平原 (北緯 35-50°、東經 80-115°) 找到。


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古老河流和溪流

有大量證據表明水曾經在火星的河谷中流動過，來自軌道飛行器的圖片顯示了蜿蜒的河谷、叉谷，甚至還有逶迤彎曲的牛軛湖，下面的圖片顯示了其中的一些。


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流線體

流線型形狀代表了火星上以前水流的更多證據，水流將地貌塑造成了流線體。


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新撞擊坑


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沙丘

火星上許多地方都有沙丘，沙丘被季節性二氧化碳霜凍覆蓋，這種霜凍於初秋形成，一直持續到晚春。很多火星沙丘與陸地沙丘非常相似，但火星勘測軌道器高解析度成像科學設備獲得的圖像表明，火星北極地區的沙丘會受到季節性二氧化碳升華引發的顆粒流的改變，這是地球上從未見過的過程。許多沙丘呈黑色，因為它們來源於黑色火山岩玄武岩。地外沙海，例如在火星上發現的沙海，被稱為「undae」- 來自拉丁語「波浪」。


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著陸點

一些建議的目標成為 2020 年火星車任務的可能地點，目標地位於菲爾索夫和霍頓撞擊坑，這些地點是 26 處列選地點中的其中兩處，用以尋找生命跡象並收集樣本，並在以後帶回地球。


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景觀特徵


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暗坡條紋


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重現性坡線

重現性坡線是溫暖季節延伸在斜坡上一些細小的暗色條紋，它們可能是液態水的證據。然而，有關是否是水或需要多少水仍存有爭議 。


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岩層

火星上的許多地方都有重疊的岩層，岩石可以以多種方式形成岩層，火山、風或水可以形成地層，地下水的作用可以使地層變硬。

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這組岩層都來自阿拉伯區的一座撞擊坑中。


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這組分層地形來自科普剌塔斯區中的盧羅斯谷（Louros）。


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冰蓋中的層狀結構


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沖溝

火星沖溝是在火星上發現的一系列狹窄沖刷溝壑以及相關的下坡沉積物，因與地球上的沖溝相似而得名，最早是在火星全球探勘者號拍攝的圖像中所發現，它們常出現在陡坡上，特別是隕石坑的坑壁上。通常，每條沖溝溝頭都有一處水系蓄水窪地，坡下則形成一片沖積扇，還有連接兩條沖溝的細叉溝，使整個沖溝呈沙漏狀。人們認為這些沖溝相對年輕，因為上面幾乎沒有覆蓋隕石坑。

根據它們的類型、外觀、位置和地點以及與被認為是富含水冰地貌的明顯相互作用，許多研究人員認為，鑿刻沖溝的過程涉及液態水。然而，這仍然是一個有待進一步研究的課題。

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緯度相關覆蓋層

火星大部分表面都有一層富含水冰的厚厚覆蓋層，它們是由過去多次從天空飄落的冰芯塵埃所構成，在覆蓋層中的部分區域可看到一系列的分層結構。


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當雪和塵埃包裹的冰降落後，有充分的證據表明該覆蓋層富含水冰。在許多表面常見的多邊形表明土壤富含水冰；2001 火星奧德賽號發現了高水平的氫（可能來自水）；軌道上測得的熱量表明是冰；鳳凰號（太空飛行器）降落在一處多邊形區，發現了水冰並進行了直接觀測，事實上，它的著陸火箭曾暴露出了純冰。理論預測在幾厘米厚的土壤下就會發現水冰，該覆蓋層被稱為「緯度相關覆蓋層」，因為它的存在與所處緯度有關。正是這層覆蓋層的破裂，後來才形成了多邊形地面，這種富冰地面的開裂是根據物理過程所預測的。



多邊形圖案地面

多邊形、有圖案的地面，在火星一些地區非常常見，並被普遍認為這是由地面上冰的升華所導致。升華是固體冰直接變成氣體，與地球上乾冰的情況類似。火星上呈現多邊形地面的地方可能表明未來定居者可在那裡找到水冰。圖案地面覆蓋層是由在氣候不同時從天空落下的冰核塵埃所構成，它們又被稱為「緯度相關覆蓋層」 
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複雜多邊形圖案地面


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裸露的冰蓋

HiWish 計劃下高解析度成像科學設備在拍攝的米蘭科維奇撞擊坑照片中發現了許多三角窪地，研究人員發現，在這些地方僅 1-2 米深的土壤下貯藏了大量的水冰。根據發表在《科學》雜誌上的這項研究，這些窪地在面向北極的峭壁中含有水冰。火星上共發現八處有水冰的地方，其中米蘭科維奇撞擊坑是北半球唯一的一處，該項研究是通過火星勘測軌道飛行器上的儀器進行的。

 
以下圖像是這次地下冰蓋研究中所涉及的一處。


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這些三角窪地類似於貝狀地形中的窪地，但貝狀地形一般顯示為面向赤道的緩坡，並且呈圓形，而這裡討論的窪地陡坡卻為面朝北極的峭壁，並且發現於南北緯 55-59 度之間，貝狀地形在火星中緯度地區很常見，分別位於南北緯 45° 到 60° 之間。



扇形地形

扇形地形在火星南北 45° 到 60° 之間的中緯度地區很常見，在北半球的烏托邦平原區和南半球的佩紐斯和安菲特里忒火山口區尤為突出。這種地形由帶扇貝或荷葉邊狀口沿、無凸起壁壘環的淺窪地構成，通常稱為「扇形窪地」或簡稱「扇形地形」。扇形窪地可能呈單獨或聚集出現，有時似乎串聯在一起。一處典型的扇形窪地顯示為面向赤道的緩坡和面朝極地的峭壁，這種不對稱地形可能是由於日照差異造成的。扇形窪地據認為是地下物質（可能是間隙冰）因升華消失而形成，這一過程目前可能仍在發生。

2016 年 11 月 22 日，美國宇航局報告稱，在火星烏托邦平原地區發現了大量地下冰 [65]，據估計，檢測到的水量相當於一座蘇必利爾湖水量 [66][67]。該地區的水冰容量是根據火星勘測軌道飛行器上的探地雷達儀，簡稱「沙拉德」（SHARAD）的測量結果確定的。根據從探地雷達獲得的數據，測定的「電容率」或介電常數，介電常數值與大量聚集的水冰相一致 [68][69][70]。2016 年 11 月 22 日，美國宇航局報告稱，在火星烏托邦平原地區發現了大量地下冰，檢測到的水量相當於一座蘇必利爾湖。該地區的水冰容量是根據火星勘測軌道飛行器上的探地雷達儀，簡稱「沙拉德」（SHARAD）的測量結果確定的。根據從探地雷達獲得的數據，測定的「電容率」或介電常數，介電常數值與大量聚集的水冰相一致。

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底座形撞擊坑

底座形撞擊坑是一種噴出物在隕坑周圍形成一座凸起平台（如基座）的撞擊坑。當撞擊坑噴出的物質形成一層耐侵蝕層後，它周圍的區域受侵蝕速度會較其他區域更慢，由此就會形成一座基座。一些基座被精確測出高於周邊區域數百米，意味著有數百米的材料被侵蝕掉了，結果使得隕石坑及其噴出物覆蓋層都高聳於周邊環境之上。底座形隕石坑是在水手號任務期間首次觀測到的。

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環形模具隕石坑

環模隕石坑被認為是由小行星撞擊下面分布有冰層的地面所形成，撞擊使冰層反彈，形成「環形模具」形狀。


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暈坑


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塵暴痕跡

塵暴痕跡可能非常美，起因可能是巨大塵暴吹去了火星表面鮮艷的塵埃，從而暴露出一些暗黑層所形成。火星上的塵暴已被從地面和軌道高空拍攝到，它們甚至還吹走了火星上兩輛火星車太陽能電池板上的灰塵，從而大大延長了它們的使用壽命。研究表明，塵暴痕跡模式每隔數月就會發生變化，一項結合了高解析度立體相機（HRSC）和火星軌道器相機（MOC）數據的研究發現，火星上一些大型塵暴的直徑為 700 米（2300 英尺），持續時間至少有 26 分鐘。


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雅丹地貌

雅丹地貌在火星上一些地區很常見，特別是在所謂的「梅杜莎槽溝層」中，這種地層被發現於亞馬遜區和赤道附近。它們是由風颳起的沙粒大小的顆粒作用形成，因此，雅丹地貌通常指示出形成時的風向。由於雅丹地貌中很少出現撞擊坑，因此被認為相對年輕。

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羽流和蜘蛛狀結構

火星上某些時候，會發生黑色氣體和塵埃噴發，風經常把它們吹成扇形或尾巴狀。在冬季，大量積聚的霜凍，被直接凍結在由覆蓋著數層塵埃和沙粒的水冰所構成的永久性極地冰蓋表面。沉積物啟始於一層布滿塵埃的二氧化碳霜凍，在整個冬季，它們會重新結晶並變得更為緻密。霜凍中的塵埃和沙粒慢慢下沉。到春季氣溫上升時，霜凍層已變成了一層約 3 英尺厚的半透明冰，覆蓋在深色沙塵基底上。這層黑色的沙塵會吸收陽光，使水冰升華（直接氣化），最後，大量氣體積聚，壓力逐慚升高。當發現一處薄弱點時，氣體就會逸出並吹出塵埃，流速可達每小時 100 英里。計算表明，噴出的羽流高達 20-80 米有時也可在地表看到被稱為「蜘蛛」的黑色通道，當這一過程發生時，表面似乎布滿了黑點。

現已提出許多想法來解釋這些特徵，這些特徵可在下面的一些圖片中看到。


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上部平原單元

在火星中緯度地區發現了一種被稱為「上部平原單元」的 50-100 米厚覆蓋層殘餘物，在研究都特羅尼勒斯桌山群（伊斯墨諾斯湖區）區時被首次發現，但其他地方也有出現。該類殘餘物由隕石坑中和沿桌山的一組傾斜層構成。傾斜層的大小和形狀可能各不相同，有些看起來像中美洲阿茲特克金字塔。


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這種單元也會退化為腦紋地形，腦紋地形是一種 3-5 米高的迷宮狀壟脊區。有些壟脊可能由冰核構成，因此它們可能是未來定居者的水源.


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上部平原單元的一些區域顯示出大型裂縫和帶凸起邊緣的凹槽，這些地區被稱為棱狀上部平原（Ribbed Upper Plains）。據信斷裂起始於應力引起的小裂縫，因為當碎屑堆聚集在一起或碎屑堆靠近邊緣時，此類地點就會產生擠壓應力，這在棱狀上層平原很常見，應力則會引發斷裂過程。裂縫暴露了更多的地表，因此地層中更多的冰升華到行星稀薄的大氣層中。最終，小裂縫變成為大峽谷或大槽溝。


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小裂縫通常包含小洞坑和洞坑鏈，這些被認為是由地表上的冰升華所形成。火星表面大部分區域都蘊含了水冰，冰被一層 1 米厚的塵埃和其他物質所保護。然而，一旦出現地表縫，將會使水冰暴露在稀薄的大氣層中，在很短時間內，冰將消失在寒冷稀薄的大氣中，這一過程稱為升華，乾冰在地球上也有類似的行為。當鳳凰號火星探測器發現裸露的冰塊在幾天內消失時，在火星上觀察到了升華現象 。此外，高解析度成像科學設備還發現了底部有冰的新隕石坑。隔了一段時間，它曾看到的積冰就已消失無蹤了。

據認為，上層平原單元來自於天空中降落的物質，它覆蓋在各種表面上，好像它均勻落下。與其他堆積覆蓋層一樣，上層平原單元具有層狀、細粒度和富含冰，它分布普遍，似乎沒有來源點。火星某些區域的表面外觀是由於該單元的退化形成的，它也是造成舌狀岩屑坡表面外觀的主要原因。據信，上部平原覆蓋層單元和其他覆蓋層單元的分層，是由該行星氣候發生的重大變化所致。模型預測，隨著地質時間推移，火星自轉軸傾角或傾斜度可能會從目前的 25 度改變到超過 80 度。高傾斜期間將導致火星極地冰蓋中的冰重新分布，並改變大氣層中的灰塵含量。



線性脊狀網

在火星隕石坑內及周圍不同地方都可以發現線性脊狀網，這些脊線通常以格子形相交的直線形式出現，有數百米長，幾十米高和數米寬。據認為，隕石撞擊在地表形成了裂縫，這些裂縫後來充當了流體通道，流體使結構物膠結 。隨著時間的推移，周圍地層被侵蝕掉，留下這些堅硬的壟脊。

由於壟脊出現在有粘土的地方，這些地層可作為粘土的標誌，而粘土的形成需要水，這裡的水可以維持生命。


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破碎地面

火星部分地區已破裂成桌山和山谷地形，其中一些可能相當壯觀。


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桌山


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地面塌陷形成的桌山


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冰下火山

有證據表明，火山有時會在冰下噴發，就像地球上的一樣。當火山噴發時，大量積冰融化為水逸出，隨後使表面發生開裂並崩塌，呈現同心裂縫和好似被撐開的大塊地面。像這類地點最近可能曾存在過液態水，因此是很可能會尋找到生命證據的地方。


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斷裂塊體

在一些地方，大型裂縫會使表層破裂，有時裂縫會形成直邊和大立方體巨岩。


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熔岩流


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無根火山錐

所謂的「無根火山錐」產生於下方有地面冰的熔岩流爆炸。冰被熔岩流融化變成蒸汽，在爆炸中膨脹，形成圓錐體或圓環。在冰島也發現了熔岩覆蓋在被水浸透的基底上而產生的類似特徵。


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泥火山

有些看起來像火山的特徵中，有一些可能是泥火山，受壓的泥漿被迫向上拱起形成錐體。這些特徵可能是尋找生命的地方，因為它們將可能的生命帶到地表，並保護了它們免遭輻射的破壞。


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希臘平原地表特徵

在希臘平原的部分地面上發現了一些奇怪的地形，科學家們尚無法確定它們是如何形成的。


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被掘出的隕坑

被掘出隕坑似乎是被重新揭露出來的，據信，它們形成後被掩埋，而現在正隨著地層的侵蝕，被重新挖掘出來。隕石坑形成時，會摧毀它下面的結構。在下面的示例中，只能看到隕坑的一部分。如果隕石坑形成於分層特徵後，它將會撞毀掉下方的部分特徵，我們將能看到整個隕石坑。


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如何建議要拍攝的圖像

要推薦高解析度成像科學設備拍攝圖像的位置，請訪問以下站點：http://www.uahirise.org/hiwish （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

在註冊時，需要您提供身份識別號（ID）和密碼。當你選擇要成像的目標時，必須先在地圖上選擇一處準確的位置，並寫下為何要拍攝該圖像。如果你的建議被接受，可能需要 3 個月或更長時間才能看到你要的照片。您將會收到一封有關您建議圖像的電子郵件。電子郵件通常在每月的第一個星期三下午稍晚時到達。



另請參閱


* 火星氣候

* 火星上常見的表面特徵

* 火星地質

* 冰川

* 火星冰川

* 新月形沙丘

* 火星的地下水

* 火星沖溝

* 泥火山

* 線性脊狀網

* 火星雅丹地貌

* 希臘山脈 (火星)

* 示巴高地

* 珍珠高地



參考文獻



延伸閱讀


* Lorenz, R. 2014. The Dune Whisperers. The Planetary Report: 34, 1, 8-14

* Lorenz, R., J. Zimbelman. 2014. Dune Worlds: How Windblown Sand Shapes Planetary Landscapes. Springer Praxis Books / Geophysical Sciences.

* Grotzinger, J. and R. Milliken (eds.). 2012. Sedimentary Geology of Mars. SEPM.



外部連結


* HiRISE images from HiWish Program （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* /0:48 Zooming in on Mars with HiRISE images from HiWish program （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* Features of Mars with HiRISE under HiWish program （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Shows nearly all major features discovered on Mars. This would be good for teachers covering Mars.

* A trip to Mars with Hubble, Viking, and HiRISE （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* Mars through HiRISE under the HiWish program （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* Beautiful Mars as seen by HiRISE under HiWish program （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* Martian Ice - Jim Secosky - 16th Annual International Mars Society Convention （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

* https://www.youtube.com/watch?v=RYG-HLr33CM （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Martian Geology - Jim Secosky - 16th Annual International Mars Society Convention

* https://www.youtube.com/watch?v=ZNTNzQy1\_UA （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Walks on Mars - Jim Secosky - 16th Annual International Mars Society Convention

* https://www.youtube.com/watch?v=0fQHEay-Yas&list=PLn0lnGc1Saik-yyWpeec3AWz9NgdtxDAF&index=122 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） How to Explore Mars without Leaving Your Chair - Jim Secosky - 23rd Annual Mars Society Convention