從近地軌道的太空看，南極洲給人的感覺像是裹了一層白色冰毯，這樣的情形已經(jīng)維持了數(shù)百萬年。南極洲冰蓋最深處可達(dá)數(shù)千米，并且在其下面還隱藏著數(shù)百個融水湖，湖底與大陸基巖相連接。其中的一些融水湖通過與海洋相連的水道系統(tǒng)，進(jìn)行灌入和排水。

當(dāng)前，美國航空航天局（NASA）借助先進(jìn)的地球觀測激光儀器，讓科學(xué)家們能更清晰和完整地掌握隱藏在西南極洲冰蓋下的湖泊系統(tǒng)。另外，科學(xué)家通過該項(xiàng)技術(shù)還意外發(fā)現(xiàn)了兩個仍處于活躍狀態(tài)的冰下湖。

■利用ICESat-2收集的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們更掌握南極洲冰蓋下的湖泊特征（來源：美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心，凱利·布倫特博士）

這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)幫助科學(xué)家，就冰蓋下的水道系統(tǒng)是如何影響冰層滑入海洋的速度提供了重要見解。隨著南極洲冰層劃入海洋速度的加快，未來也增加了改變其循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)的淡水。NASA利用ICESat-2衛(wèi)星使科學(xué)家能精確繪制冰下湖泊地圖。

盡管冰層厚度很大，但隨著冰蓋下湖泊的灌入或排空，它也會上升或下降。利用太空衛(wèi)星測量冰面高度也是目前可取的有效手段之一。該研究成果在7月7日發(fā)表在Geophysical Research Letters（《地球物理研究快報》）上。

衛(wèi)星的工作原理是發(fā)射一束激光，激光分裂成六束，所有的激光在發(fā)射至地表后反彈。一些來自光的光子使它返回到衛(wèi)星上，而這些光子返回到衛(wèi)星上所需的時間可以用來測量光照射到的光斑高度。測量結(jié)果精確到了十億分之一秒。

■動畫演示ICESat-2衛(wèi)星搭載的激光技術(shù)測量地表過程（來源：美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心）

幾十年來，南極洲冰蓋下的水文系統(tǒng)一直是個謎。這種情況從2007年起開始發(fā)生變化，當(dāng)時加州大學(xué)圣地亞哥分校斯克里普斯海洋學(xué)研究所的冰川學(xué)家Helen Amanda Fricker取得了一項(xiàng)突破，幫助更新了對南極洲冰下湖泊的經(jīng)典理解。

2007年借助于ICESat衛(wèi)星數(shù)據(jù)（ICESat-2的前身），F(xiàn)ricker首次發(fā)現(xiàn)在南極洲快速流動的冰流下，整個湖泊網(wǎng)絡(luò)彼此連接，隨著時間的推移不斷地進(jìn)行著填充和排水。以前，科學(xué)家普遍認(rèn)為這些湖泊始終處于靜態(tài)并保持融水，沒有灌入和排水。

至此，科學(xué)家得出的結(jié)論是，南極洲冰蓋下的這種湖泊活躍由多種因素造成，包括上層冰塊的巨大重量所施加的壓力波動、冰蓋床和下面巖石間的摩擦，以及來自冰層的熱量。為了研究南極洲冰下湖泊頻繁灌入和排水的區(qū)域，F(xiàn)ricker在設(shè)計ICESat-2任務(wù)從太空觀察極地冰的方式發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

■動畫演示南極洲冰蓋下的融水湖（來源：美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心）

科學(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn)，南極洲冰蓋像厚厚的蜂蜜一樣從大陸的中心區(qū)域緩慢向外流動。當(dāng)冰接近海岸時，速度發(fā)生了劇烈變化，變成了河流般的冰流，以每天幾米的速度將冰層快速地滑入海洋。

隨著冰蓋移動，它會出現(xiàn)裂縫、裂縫和其他缺陷。當(dāng)冰蓋下的湖泊積水或排水時，它們也會使上面的凍結(jié)表面發(fā)生變形。無論大小，ICESat-2衛(wèi)星使用激光高度計系統(tǒng)測量了地球表面，以精確到幾英寸的精度繪制了這些冰層高度的變化。

■動畫模擬南極洲附近海面的洋流變化（來源：美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心）

通過長期衛(wèi)星跟蹤測量，將為冰蓋理論提供重要的證據(jù)。在過去20年中，冰川學(xué)家發(fā)現(xiàn)南極洲冰蓋的變化影響了地球大氣和海洋變暖。Fricker提出，現(xiàn)在看來在我們看不見的地方即冰蓋下的湖泊變化，會成為未來南極冰蓋研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。

最近，F(xiàn)ricker和另一組科學(xué)家探索了淡水和南大洋之間的聯(lián)系。這一次，研究團(tuán)隊(duì)是通過觀察冰架表面附近的湖泊。一塊漂浮在海洋上的大冰塊被視為冰蓋的延伸。研究報告稱，從湖底到南極洲東部艾默里冰架底部發(fā)生裂縫后，一個被冰覆蓋的大型湖泊于2019年出現(xiàn)了坍塌。

利用來自ICESat-2的數(shù)據(jù)，該團(tuán)隊(duì)分析了冰架景觀的崎嶇變化。坍塌事件發(fā)生后，原來的地方留下了一個約10平方公里的巨大洼地，面積是紐約中央公園的三倍多。三天之內(nèi)，這條裂縫將近2000億加侖的淡水從冰架表面輸送到的海洋中。

■（來源：美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心）

2019年9月NASA發(fā)射了ICESat-2衛(wèi)星，幫助科學(xué)家不斷更新了對南極洲的認(rèn)知。除了繪制冰蓋地圖外，該衛(wèi)星還收集了世界其他地區(qū)的信息，包括陸地地形、河流、湖泊和森林的高度，以及海底的深度。

ICESat-2收集數(shù)據(jù)后，科學(xué)家們利用它在古老的南極地圖上完善了更多的細(xì)節(jié)，并顯示冰原和冰川隨時間的海拔變化。這些數(shù)據(jù)可以幫助他們改進(jìn)海冰和氣候預(yù)測。ICESat-2測量高度變化的精度可以幫助科學(xué)家區(qū)分薄海冰和厚海冰。