火星上最奇特的云层现象再添谜团

火星奇异云团成因仍待深入探究

火星快车飞船拍摄的阿西娅火山拉长云图像，由欧洲航天局提供。图片来源：ESADLRFUBerlin

模型研究表明，火星阿尔西亚山云可能在没有尘埃参与的情况下形成冰，这表明存在一种此前在行星大气中从未观测到的过程。

一道白色云朵在火星阿瑞斯蒙斯火山的下风方向每晨出现，持续整个南半球的春夏季。这座高达20公里（约12英里）的火山旁，这缕水冰云雾可延伸至1800公里（约1120英里），几乎相当于英国长度的两倍，随后迅速消散。这一过程每日清晨重复上演，持续数月，贯穿火星的尘暴季节。

在此尝试复制AMEC云的形成过程，未能匹配航天器影像。基于欧空局火星快车与先进气象模型的研究显示，该云的形成可能涉及一种行星大气中从未见过的结冰过程。

云冰可以在没有尘埃的情况下形成。

AMEC是一种地形云，这种云在地球上也存在，当风经过山脉或火山不平的地形时就会形成。在模拟中，阿尔西亚山触发了一股强大的波浪，仅需几分钟便将湿润的空气团抬升数公里。随着空气上升，其温度在短短10分钟内下降30度，导致相对湿度急剧升高。火星稀薄的大气层与这座火山高耸的海拔相结合，共同创造了模型所需的极端条件。

阿雷西翁山加长云从欧洲空间局火星探测器上拍摄。图源：J。Cowart

云通常在潮湿空气冷却时形成，水蒸气凝结成液态水滴或冰晶。通常，水蒸气会聚集在大气中已有的微小颗粒上，例如盐粒、花粉、烟尘或尘埃。这一过程被称为异质核化，而尘埃被认为是在火星上为云提供初始形成点的主要物质。

对于AMC而言，云的形成似乎无需依赖任何此类物质。水蒸气可直接转化为冰晶云粒子，中间并无其他步骤。这类似于在房间中央直接出现凝结水滴，而非在窗玻璃上形成。我们称此过程为均相成核，此前在行星大气中从未观测到这一现象，实属意料之外。

homogeneous nucleation requires extreme relative humidity levels，more than 100，000 times those usually experienced in everyday life on Earth。Scientists had proposed that it might occur in the upper atmospheres of Earth and Venus，but it has not been spotted there。We haven’t seen these conditions on Mars before，but our finding now strongly suggests that the planet’s humidity can indeed reach these extreme levels，says Hernández Bernal。

该观测资料来自曾长期跟踪云体的航天器。火星轨道器首次揭示了一种环境相互作用物（AMEC）于2018年，后续观测推进了对其演化及行为变化的深入研究。针对本研究，团队利用该轨道器搭载的三台相机数据开展分析：视觉监测相机、高分辨率立体相机与OMEGA。

火星探测器可高分辨率拍摄火星表面较大范围；作为欧洲航天局火星地质和气路探测器（ExoMars）等少数轨道环绕火星、可在可见光云层活跃时段（上午）观测的飞行器之一，也可开展火星地表观测任务。

图像显示，欧洲航天局火星车火星迅捷号在2018年10月10日从视觉监测相机（VMC）拍摄的火星表面画面。图片来源：ESAGCPUPVEHU毕尔巴鄂

火星快车任务还能在数小时内追踪云层的变化，为我们提供了前所未有的观察短时现象的机会。欧洲航天局火星快车项目科学家柯林威尔逊表示，总体而言，这一发现对于火星快车及其科学家来说是一次真正的成就：火星快车发现了AMEC，进行了持续多年的研究，并现在正在帮助揭示其形成的秘密。

异常物理有助于重建火星云层

要复现这些观测结果，研究人员需要在模拟中扩充所包含的物理过程。为了在模型中构建AMEC，我们发现必须引入一些非常规的物理机制……这些物理机制虽见于教科书，但通常被视为纯理论性的，且普遍认为在自然界中不会实际发生。此前，它们确实从未被观测到真实发生。埃尔南德斯贝纳尔表示，一旦将这些物理机制纳入模拟，AMEC便如我们所期望的那样自然显现出来。

尽管所模拟的云层在某些特征上仍未完全吻合观测结果，但埃尔南德斯贝纳尔表示：这一结果非常出色。他补充道：我们对火星大气的了解远不如对地球大气的了解充分，因此能将AMEC以如此程度再现，对模型而言是一项重大成功。

研究发现表明，某些难以解释的过程，在科学家探究其他地区的天空时，包括系外行星等环境，值得给予关注。尽管地球和火星上的云似乎遵循相同的‘规则’，但要理解这种稀有的火星云，需要用到罕见的物理原理——这可能在其他宇宙区域同样成立，威尔逊表示。

相关知识（天文术语）

云层是天空中由水滴或冰晶组成的厚实的覆盖物，它们在阳光下反射光线，形成美丽的色彩和形态。

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参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自： https://scitechdaily.com/marss-strangest-cloud-just-got-even-stranger/

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