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火星极冠

Polar cap （Mars）

定义：火星表面两极附近白色明亮的区域。会随着火星节气的变化而消长。现认为这是被厚达数千米的水冰和干冰覆盖的部分，是火星上水和二氧化碳的重要储藏库，也是影响火星气候的重要因素之一。

学科：天文学_太阳系_行星科学

相关名词：火星 行星表面学 行星地质学

【延伸阅读】

用望远镜观测，可以看到火星圆面边缘有两块白色明亮的区域，这是火星表面最具特征的标志。17世纪中期，荷兰天文学家惠更斯（C.Huygens，1629—1695）就已经发现了。1666年，意大利天文学家卡西尼（Giovanni Domenico Cassini，1625—1712）又发现，火星上这两块白色明亮的区域，其大小还经常变化。当时的天文学家都相信，这两块区域像地球上冰天雪地的南极和北极地区那样，因而就称之为火星极冠（guān）。

1898年，英国物理学家斯托尼（Stoney.G，1826—1911）提出，极冠的成分可能是干冰（固态的二氧化碳）。20世纪中期，美国天文学家柯伊伯（Gerard Kuipe，1905—1973）通过分光观测认为，极冠是由水冰，而不是干冰组成的 。此后，美国的“水手号”和“海盗号”探测器对火星两极地区进行多次考察，终于确定极冠中既有水冰，又有干冰。

现在我们知道，火星上的南极冠和北极冠都是由下层的永久性冰盖和上层的季节性冰层组成的。

火星有着与地球十分相似的季节性变化，这就使极冠区的地表温度在-70℃至-139℃之间来回变动，火星极冠就会随着季节的变迁而周期性地消长。

南极冠要比北极冠小得多。其直径冬季最大时也只有400千米，夏季则缩小到350千米左右；而北极冠的直径，夏季最小时就有1000千米之多，冬季可扩展至1100千米。

南极冠的“海拔”要比北极冠高得多。相对于火星表面的基准平面（相当于地球的海平面），南极冠底部的标高是1000米，顶部则高达3500米；而北极冠顶端的标高比南极冠底部还要低约3000米（标高-2000米），底部则在基准平面之下5000米（标高-5000米）。

南极冠的永久性冰盖要薄一些，平均只有2000米左右，都是水冰层；而北极冠的永久性水冰盖则有3000米，其上还覆盖着厚约8米的永久性干冰。南极冠和北极冠及其相邻的层状沉积物拥有的水冰总量分别为160万立方千米左右。如果这些水冰全部融化，均匀地铺在火星表面，会形成一个深约10米的海洋。

当两极的极冠区交替进入冬季时，就依次进入漫漫的长夜之中，大气中的二氧化碳也会先后在火星表面凝结成季节性的干冰层，形成一种附加性的季节性极冠。

南极的季节性极冠厚约1米左右，而北极的厚约1.5~2.0米。虽然都不太厚，但冬季时凝结着总量约3~4万亿吨的二氧化碳，约占火星大气二氧化碳总量的三分之一，其质量占大气总质量的12%～16%。

火星极冠是火星上水冰和干冰的重要储藏库，也是调节火星气候的重要场所。（延伸阅读作者：中国科学院紫金山天文台副研究员刘炎）