冰川 (火星)

冰川，寬泛地定義為當前或最近流動的積冰，被認為存在於現代火星表面大片特定的區域，並推斷在過去某些時候曾可能分布得更廣^[1][2]。地表上凸起的葉狀特徵，即顯示出非牛頓流特徵的粘性流體和舌狀岩屑坡，現在幾乎被一致認為是真正的冰川^{[1][3][4][5][6][7][8][9][10]}。

高解析度成像科學設備拍攝的火星冰川，冰川沿山谷向下移動，然後在平原上擴散開來。流動的證據來自地表上眾多的劃痕，冰川末端的邊緣脊可能是冰磧。位置為伊斯墨諾斯湖區的普羅敦尼勒斯桌山群。

然而，地表上的其他各種特徵如銳蝕地形^[1][11]、線狀谷底沉積^[12][9]、同心坑沉積^[3][13]和弧嶺^[10]等也被解釋為與冰流動直接有關，而在中緯度和極地地區圖像中所看到的各種表面紋理也認為與冰川升華有關係^[14][15][16]。

如今，被解釋為冰川的地貌主要僅限於緯度約30度的極向緯度帶^[17]，在伊斯墨諾斯湖區發現了特別的豐度^[2]。根據目前的火星大氣模型，水冰如暴露在火星中緯度地表，應該是不穩定的^[18]。因此，人們認為大多數冰川必須覆蓋一層碎石或塵埃，以阻止水蒸氣從升華的冰層中自由轉移到空氣中^[8][18][19]。這也表明，在最近的地質史中，火星氣候一定有所不同，才能讓冰川在這些緯度穩定增長^[17]。這也提供了表明過去火星傾角發生過重大變化的有利證據，這一點可通過火星軌道建模得到獨立證明^[20]。過去冰川作用的證據也出現在熱帶地區數座火星火山的山峰上^[21][22][23]。

就像地球上的冰川一樣，火星上的冰川也不是純淨的水冰^[1][10]。許多被認為含有相當大比例的碎屑，其中相當一部分可更準確地描述為岩石冰川^[23][24][25]。由於多年來，推測的冰川地貌集中區-中緯度區，所模擬的水冰並不穩定，所以人們認為火星上幾乎所有的冰川都是岩石冰川^[26]。然而，最近由火星勘測軌道飛行器上沙拉德雷達進行的直接觀測證實，至少有一些特徵是相對純淨的水冰，因此是真正的冰川^[6][8]。一些研究者還聲稱，在某些罕見條件下，火星上形成了固體二氧化碳冰川^[27]。

有些景觀看起來就像地球上從山谷中流出的冰川，有些中間似乎被淘空，看上去像所有積冰都已消融，只剩下冰磧—冰川攜帶的泥土和碎屑的冰川遺蹟^[28]。這些所謂的山嶽冰川被稱為類冰川形態（GLF）或類冰川流（GLF）^[29]。類冰川形態是一條更晚出現的術語，可能更準確，因為我們無法確定該結構目前是否在移動^[30]。另一條有時出現在文獻中的更一般性術語是粘性流特徵（VFF）^[30]。

雷達研究

火星勘測軌道飛行器淺層雷達（SHARAD）進行的研究表明，舌狀岩屑坡（LDA）和線狀谷底沉積（LVF）中含有純水冰，上面覆蓋著一層將它們隔開的薄薄岩石^[31][32]。在南半球^[33]和北半球^[34]都發現了冰。尼爾斯·玻爾研究所的研究人員結合雷達觀測與冰流建模，認為火星所有冰川中的冰相當於一層可覆蓋整個火星表面1.1米厚的冰層。冰仍然存在的事實表明，一層厚厚的塵埃保護了冰，而當前火星上的大氣條件是，任何暴露的水冰都會升華^[35][36][37]。

HiWish計劃下高解析度成像科學設備看到的沿山谷移動的火星冰川。

氣候變化

更多資訊：火星水文 § 冰河時代

人們認為，當火星的軌道傾斜與現在有很大不同時（該行星自轉軸有相當大的「擺動」，這意味著它的角度會隨時間而變化），冰就會積聚起來^[38][39][40]。數百萬年前，火星自轉軸的傾斜度為45度，而不是現在的25度。它的傾斜度，也稱為傾角，變化很大，因為它的兩顆小衛星不能像我們的月球一樣穩定它。

火星上的許多地貌，尤其是伊斯墨諾斯湖區，被認為含有大量的冰。關於冰的起源，最流行的模型是該行星自轉軸傾斜度的巨大變化所引起的氣候轉變。有時傾斜角度甚至超過80度^[41][42]，傾斜角度的巨大變化解釋了火星上許多富冰的特徵。

研究表明，當火星的傾角從目前的25度上升至45度時，兩極的冰就不再穩定^[43]。此外，在如此高的傾角下，儲存的固體二氧化碳（乾冰）會升華，從而增加了大氣壓，氣壓的增加又會使更多的塵埃滯留在大氣中，大氣中的水分會以雪或冰的形式落到塵埃顆粒上，計算表明這種物質將匯集在中緯度地區^[44][45]。火星大氣環流模型預測了富冰塵埃會在發現富冰特徵的同一地區聚集^[42]。當傾角開始回復到較低值時，冰開始升華（直接變成氣體）並留下塵埃^[46][47]。滯留的沉積物覆蓋了下方的物質，因此，隨著每次高傾斜水平的循環，就會留下一些富冰的覆蓋層^[48]，平整的地表覆蓋層可能只代表相對較新的物質。

地貌

同心坑沉積、線狀谷底沉積和舌狀岩屑坡

有幾種類型的地貌已被確認可能是覆蓋著泥土和岩石碎屑的巨大冰積物^{[49][50][51][52]}。同心坑沉積（CCF）包含數十到數百道同心脊，這些同心脊是由隕坑中有時厚達數百米的冰移動堆積而成^[53][54]；線狀谷底沉積（LVF）是谷底中的突脊線^[55][56][57]，這些線紋可能是隨其他冰川沿山谷向下移動所形成；有些冰川似乎來自桌山和地垛周圍的物質^[58]，它們被稱為舌狀岩屑坡（LDA）。所有這些被認為含有大量水冰的地貌都位於南、北半球的中緯度地區^[59][60][61]。這些區域有時被稱為銳蝕地形，因為它有時會被改變。藉助火星全球探勘者號和火星勘測軌道飛行器上的高解析度相機，我們發現舌狀岩屑堆、線狀谷底沉積和同心坑沉積的表面具有類似人腦表面的複雜脊狀褶皺，其中寬脊被稱為細胞閉合型腦紋地形，不太常見的窄脊則稱為細胞開放型腦紋地形^[62]。人們認為，寬厚的細胞閉合型地形內仍包裹著冰核，當冰核最終消失時，寬脊中心會塌陷，形成窄脊的開放型腦紋地形。今天，人們普遍認為，類冰川形態、舌狀岩屑坡、線狀谷底沉積和同心坑沉積都是相關的，都具有相同的表面紋理。山谷中的類冰川形態和斗狀壁凹可能會與其他形態結合，形成舌狀岩屑坡。當兩側相對的舌狀岩屑坡匯聚到一起時，則會形成線狀谷底沉積^[63]。

這些特徵中很多都可在北半球火星分界區附近找到，主要分布於0度到東經70度之間^[64]。在這一地區附近，有以古代名稱命名的都特羅尼勒斯桌山群、普羅敦尼勒斯桌山群和尼羅瑟提斯桌山群。

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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備看到的發育良好的凹地。凹地位於帶有同心坑沉積的隕坑坑底。地點為卡西烏斯區。
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  顯示了一座坑底含有凹洞的裂縫特寫，該隕坑分布有同心坑沉積，HiWish計劃下高解析度成像科學設備拍攝。地點為卡西烏斯區。
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  高解析度成像科學設備拍攝的科勒槽溝線狀谷底沉積，比例尺500米，地點是伊斯墨諾斯湖區。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備拍攝的伊斯墨諾斯湖區線狀谷底沉積。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備拍攝的伊斯墨諾斯湖區線狀谷底沉積近景。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備拍攝的伊斯墨諾斯湖區線狀谷底沉積近距彩色視圖。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的山谷線狀谷底沉積，線性谷底流是由冰移動所引起，地點為卡西烏斯區。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的線狀谷底沉積，線狀谷底流是被岩屑覆蓋的冰，地點是伊斯墨諾斯湖區。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的線狀谷底沉積彩色近景圖
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  該系列圖示解釋了為何研究人員認為許多隕石坑都填滿了富冰物質。根據觀測到的直徑可預測隕坑的深度。許多隕石坑幾乎都是滿的，而非碗狀。因此，人們認為，由於它們形成於撞擊，因此獲得了大量的材料，許多其它的物質可能是從天而落的冰，如雪或冰核塵埃。
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  背景相機拍攝的桌山廣角圖顯示了舌狀岩屑坡和線狀谷底沉積，這兩者都被認為是被碎屑覆蓋的冰川，地點是伊斯墨諾斯湖區。
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  上一幅桌山圖像中的舌狀岩屑坡特寫，該圖片顯示了細胞開放型腦紋地形和更常見的細胞閉合型腦紋地形。細胞閉合型腦紋地形被認為裡面包有一顆冰核。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的細胞閉合型腦紋地形，這種類型的表面常見於舌狀岩屑坡、同心坑沉積和線狀谷底沉積。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的細胞開放和閉合型腦紋地形。
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  背景相機顯示的桌山周圍的舌狀岩屑坡，桌山和舌狀岩屑坡已被標註，以顯示二者之間的關係。雷達研究已確認舌狀岩屑坡中含有水冰，因此，它們對於未來火星定居者可能很重要。位置是 伊斯墨諾斯湖區。
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  顯示帶有舌狀岩屑坡和線狀谷底沉積的桌山及地垛廣角背景相機圖，地點是伊斯墨諾斯湖區。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的桌山周圍的舌狀岩屑坡
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的桌山周圍的舌狀岩屑坡近景，可看到腦紋地形。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的線狀谷底沉積特寫，注意：這是前一幅背景相機圖像的放大版。

舌狀冰川

一些從山上流下冰川，被障礙物和山谷塑造成舌頭形狀^[65]。

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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的舌狀冰川。即使在今天，冰川中可能也存在有被一層泥土隔開在下方的水冰，地點是希臘區。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的舌狀冰川，地點為法厄同區。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示了隕石坑坑壁上數道舌形冰川的廣角視圖。冰川大小不一，位於不同的高度，其中一些將在隨後的圖片中被大幅放大。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備拍攝的前一幅圖像中兩座冰川的舌尖部特寫，它們位於之前圖像的左下角。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備拍攝的前一幅圖像中小冰川的特寫，其中一些冰川似乎剛剛
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備拍攝的前一幅廣角圖像底部其中一座冰川邊緣的特寫。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的舌狀冰川特寫，解析度約為1米，因此可在這張圖像中看到幾米寬的物體。即使在今天，冰川中也可能存在位於泥土隔離層下方的冰，地點是希臘區。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的帶指示箭頭的舌形冰川。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的冰川舌尖部的近距視圖，可看到中心高出的多邊形，方框區顯示了足球場大小的區域。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的冰川附近中心高出的多邊形近景
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的冰川附近中心高出的多邊形近景，方框區顯示了足球場大小的區域。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的冰川附近中心高出的多邊形近景。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的舌狀流寬景圖。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的舌狀流近景圖。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的舌狀流和多邊形地形（已標註）近景。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的舌狀流附近多邊形地形的近景。

丘狀地形

在涅瑞達山脈中發現了類似瑞典北部維基冰磧的丘狀地形。據推測，這種地形是火星冰川融化的結果^[66]。

目前尚沒有任何表明火星火山上有冰川證據。

冰蓋

有很多證據表明，在該行星南極地區存在一座巨大的冰蓋^{[67][68][69][70]}。在那裡發現了大量在冰下形成的蛇形丘，冰蓋的面積是德克薩斯州的兩倍^[71]。

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  山脊，據信為銀色山脊組的蛇形丘，火星全球探勘者號火星軌道器相機拍攝的廣角圖像，白色箭頭指向山脊。

地下冰

從火星勘測軌道飛行器拍攝的增強色照片中，可看到陡峭斜坡上露出的地下冰剖面，它呈現出亮藍色^[72]。該場景寬約500米，陡坡從平地下降約128米，冰層從地表往下延伸到100米或更深處^[73]。

火星上有巨大的冰川，隱藏在中緯度廣闊地區的一層岩石碎屑下。這些冰川可能是該星球上為簡單生命形式和未來定居者提供生命支持的大型水庫^[74]。德克薩斯大學奧斯汀分校的約翰·霍爾特（John Holt）和其他人的研究發現，所研究的特徵之一比洛杉磯大三倍，厚達800米，而且還有更多^[75][76]。

美國宇航局的海盜號軌道飛行器在20世紀70年代發現了一些類似冰川的特徵。自那時以來，越來越多的先進儀器研究了冰川狀地貌。火星全球探勘者號、2001火星奧德賽號、火星快車號和火星勘測軌道飛行器則獲得了更詳細的數據。

圖集

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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備看到的顯示有和沒有覆蓋層的地表。地點在法厄同區的塞壬高地。覆蓋物從空中飄落並可能是冰川中冰的主要來源。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示從山谷中流出的冰川，地點為伊斯墨諾斯湖區。
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  地球資源觀測衛星8號拍攝的地球北極羅默湖象腳冰川，該照片顯示的數座冰川與火星上許多被認為也是冰川的特徵具有相同的形狀。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的流出山谷的冰川，地點為伊斯墨諾斯湖區莫羅撞擊坑邊緣。
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  左圖中的箭頭指向一道可能由冰川蝕刻出的山谷；右圖顯示了火星全球探勘者號拍攝圖像中被大幅放大的該山谷。
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  埃里達尼亞區克卜勒大撞擊坑以北，一座隕坑中的沖溝和可能的古冰川遺蹟，右邊有一道舌狀的疑似冰川，該照片為火星軌道器相機公共目標計劃下由火星全球探勘者號拍攝。
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  背景相機顯示的伊斯墨諾斯湖區被數道冰川侵蝕的桌山，接下來高解析度成像科學設備顯示的兩幅圖像更詳細地展示了其中的一座冰川。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的冰川。方框中的頂部積雪堆積區域將在下一幅圖中放大。冰川沿山谷向下移動，然後在平原上擴展開來。流動的證據來自地表的眾多劃痕條紋。地點位於伊斯墨諾斯湖區的普羅敦尼勒斯桌山群。
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  前一幅圖像中方框區的放大版，被解釋為冰川的末端冰磧。HiWish計劃下高解析度成像科學設備拍攝於伊斯墨諾斯湖區。
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  下一幅流動特徵或冰川末端圖像的背景照片。HiWish計劃下高解析度成像科學設備拍攝於希臘區。
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  前一圖中方框區的特寫，被解釋為冰川的末端冰磧。作為對比，該方框大致代表足球場大小的區域。HiWish計劃下高解析度成像科學設備拍攝於希臘區。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備觀察到的都特羅尼勒斯桌山群中一座山丘上遺留的過去冰川末端的冰磧。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的希臘區可能的冰斗，劃痕可能是由於向下移動所造成。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的希臘區冰川。位於左側的冰川很薄，因為已失去很多積冰，而另一方面，右邊的冰川卻很厚，在一層薄薄的泥土和岩石下面仍保存有大量的積冰。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的伊斯墨諾斯湖區冰川遺蹟。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的可能冰川。雷達研究發現，它幾乎完全由純冰組成，似乎是從右側高地（桌山）流下，地點為伊斯墨諾斯湖區。
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  箭頭指向可能在冰川下形成的鼓狀丘，有些形狀需要冰川下的液態水才能形成。HiWish計劃下高解析度成像科學設備拍攝於伊斯墨諾斯湖區。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的卡西烏斯區一座隕坑底部的冰川，冰川上的裂縫可能是冰隙。隕石坑坑壁上還分布有一系列的沖溝。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的卡西烏斯區冰川。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備在伊斯墨諾斯湖區觀察到兩道不同山谷中移動的冰川。
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  伊斯墨諾斯湖區沿山谷移動的流體。
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  伊斯墨諾斯湖區部分冰川近景，方框顯示了足球場大小的區域。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備觀察到的冰川運動所造成的溝槽。
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  HiWish計劃下高解析度成像科學設備顯示的多邊形結構在富冰地表很常見。

火星交互地圖

火星全球地形的交互式圖像地圖。將懸停在圖像上可查看 60 多個著名地理特徵的名稱，單擊可連結到它們。圖底顏色表示相對高度，根據來自美國宇航局火星全球探勘者號上火星軌道器雷射高度計的數據。白色和棕色表示海拔最高（+12 至 +8 公里）；其次是粉紅和紅色（+8 至 +3 公里）；黃色為 0 公里；綠色和藍色是較低的高度（低至 -8 公里）。軸線是經緯度，極地已備註。

(另請查看:火星探測車地圖和火星紀念地地圖) (查看.討論)

另請查看

• 火星氣候
• 都特羅尼勒斯桌山群
• 銳蝕地形
• 火星地質
• 冰川
• 伊斯墨諾斯湖區
• 線狀谷底沉積
• 火星分界
• 尼羅瑟提斯桌山群
• 普羅敦尼勒斯桌山群
• 塔爾西斯區
• 火星水文

參考文獻

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外部連結

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• https://www.youtube.com/watch?v=kpnTh3qlObk[戈登·瓦西里夫斯基-火星上的水-第20屆國際火星學會年會] 描述如何從地下的冰中獲取水。
• 塞恩·多蘭根據美國宇航局數字地形模型 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）製作的一段飛越普羅敦尼勒斯桌山群中一座冰川的高解析度視頻；請查看 相冊 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）以了解更多信息。
• 傑弗瑞·普朗特-地下冰-第21屆國際火星學會年會 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）