火星作為載人探測的下一個目標而備受矚目。從探測時的能源保障和生命維持角度出發，有必要掌握火星表層可利用的水分佈情況。揭示火星從曾經擁有海洋的溫暖濕潤環境，演變為如今寒冷乾燥環境的機制，對於探索生命存在的條件而言非常重要。
既往的研究在推測火星的地下水分佈時，曾假設覆蓋火星表面的沉積物層——「風化層」的物理特性在整個火星範圍內都是相同的。然而，有證據佐示實際上存在非均質的可能性。此外，此前的室內實驗也已證實，風化層的吸附係數對保水力力具有重大影響。
此次，日本東北大學研究生院理學研究科的黑田剛史助教等人的團隊，開發出了一種考慮了風化層吸附性等物理特性隨緯度變化而呈非均質性的「次表層水擴散模型」，並將其應用於火星全球氣候模型中。藉助該模型，研究團隊推算了火星地下2米範圍內的水分佈情況，發現高吸附性風化層粒子能夠穩定地保持豐富的吸附水。此外，研究還發現，在火星的中高緯度區域，這類粒子能在地表附近保持冰的存在，起到減緩次表層蒸汽擴散速度的作用。這一作用，或許曾為火星長期保持水分做過貢獻。
火星表層的次表層水擴散模型及結果示意圖
火星中低緯度地區風化層的吸附係數較大，可將水分穩定保持於次表層。中高緯度地區吸附係數較小，但水分可能吸附於風化層並以冰的形式存在於地表附近。
本研究成果有望在世界各國推進的火星探測項目中，為火星地下水分佈圖的繪製做出巨大貢獻。此外，通過將次表層水擴散模型的時間向度從火星形成初期擴展至現代、空間向度從地表延伸至地函附近，有望闡明火星表面流失水分的去向。（TEXT：JST廣報課 中川実結）
原文：JSTnews 2025年5月號
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Journal of Geophysical Research: Planets
論文：Large water inventory in a highly adsorptive regolith simulated with a Mars global climate model
DOI：10.1029/2024JE008697
