"我们认为这不可能的!" 在火星赤道附近发现了水霜
文摘
2024-06-12 14:18
美国
https://www.space.com/mars-water-frost-equator-exomars-tharsis-olympus-mons奥林帕斯山是火星上最高的火山，也是整个太阳系中最高的火山。新的研究首次在火星赤道附近发现了水霜。（图片来源：ESA/DLR/FU Berlin）https://www.space.com/author/robert-leaRobert Lea 是一位英国科学记者，他的文章发表在《物理世界》、《新科学家》、《天文杂志》、《全方位太空》、《新闻周刊》和 ZME 科学上。他还为 Elsevier 和《欧洲物理杂志》撰写关于科学传播的文章。罗伯特拥有英国开放大学物理学和天文学学士学位。在 Twitter 上关注他 @sciencef1rst。摘要（由 ChatGPT 生成）：首次在火星赤道附近，特别是在 Tharsis 火山区，由 ESA 的 ExoMars TGO 和 Mars Express 宇宙飞船观测到了水霜。这一意外发现挑战了以往的观念，并可能影响对火星水分布的模型，有助于未来的探索。这些水霜虽然薄，但分布广泛，仅在日出时短暂形成，表明火星火山口周围存在独特的微气候。这些发现发表在《自然地球科学》杂志上，突出了地球和火星大气过程之间的相似性和差异性。首次在火星赤道发现了水霜。在这个相当于红色星球热带地区的区域，之前认为霜是不可能存在的。这一发现对于模拟火星上水的存在位置以及它如何在红色星球的大气和表面之间交换至关重要。这对于未来载人探索火星可能至关重要。水霜是由两艘欧洲航天局（ESA）的宇宙飞船首次发现的，一艘是 2016 年到达火星的 ExoMars 追踪气体轨道器（TGO），另一艘是自 2003 年以来一直在火星轨道上探索的 Mars Express 任务。霜位于火星上最大的火山区 Tharsis 地区，那里有 12 座大型火山。其中包括奥林帕斯山，它不仅是火星上最高的火山，也是太阳系中最高的山峰，高度为 29.9 公里，大约是地球上最高山峰珠穆朗玛峰的 2.5 倍。瑞士伯尔尼大学的博士生 Adomas Valantinas 发现了火星上的“禁区霜”。“我们认为在火星赤道附近形成霜是不可能的，因为阳光和稀薄的大气使得地表和山顶的温度相对较高——这与我们在地球上可能看到的霜冻山峰不同，”现在是布朗大学博士后研究员的 Valantinas 在一份声明中说。“它的存在令人兴奋，并暗示有一些特殊的过程在起作用，允许霜的形成。”从侧面看奥林帕斯山，显示了一大片薄冰（图片来源：ESA/DLR/FU Berlin）霜斑仅在日出前后的几个小时内出现，然后随着阳光照射在火星赤道上而蒸发。霜也非常薄，厚度相当于人类头发（大约百分之一毫米）的厚度。尽管如此，这些霜斑却覆盖了每座火山的广阔区域，其水含量足以填满大约 60 个奥林匹克游泳池，接近1.11 亿升的水。这些水在火星的每一天中不断在表面和大气之间交换，火星的一天大约长 24.5 小时，在寒冷季节。Tharsis 地区是几座巨大火山的所在地，这些火山高耸于围绕它们的红色星球赤道平原之上。除了奥林帕斯山，这些山峰还包括被称为 Ascraeus、Arsia Mons 和 Pavonis 的 Tharsis Montes 火山，后者的高度大约与珠穆朗玛峰相当。奥林帕斯山不仅是火星上最高的火山，也是整个太阳系中最高的火山。它是在清晨（当地太阳时间 7:20）由 ESA 的 Mars Express 上的立体相机拍摄的，并作为首次在火星赤道附近发现水霜的新研究的一部分（图片来源：ESA/DLR/FU Berlin）霜被发现在奥林帕斯、Arsia Ascraeus Mons 和 Ceraunius Tholus 的 Tharsis 火山上。这些火山的顶部都有深深的凹陷，称为“火山口”，它们是在喷发期间形成的岩浆室。团队认为，Tharsis 地区上空的空气流动方式与众不同，产生了与火山所处更广泛气候不同的微气候。正是这些微气候使得霜斑得以形成。“风沿着山坡上升，将相对潮湿的空气从接近地面的地方带到更高的海拔，那里它凝结并沉积为霜，”TGO 的彩色和立体表面成像系统（CaSSIS）的首席研究员以及伯尔尼大学的研究员 Nicolas Thomas 在一份声明中说。“我们实际上在地球和火星的其他地方都看到了这种现象，同样的现象导致了季节性的火星 Arsia Mons Elongated Cloud。” Thomas 补充说，团队在火星火山顶部看到的霜似乎沉积在火山口的阴影区域，特别是在温度较低的地区。Ceraunius Tholus 火山火山口地板上的霜。这些帧显示了（A）从 NASA 的火星侦察轨道器的上下文相机看到的 Ceraunius Tholus 的视图，CaSSIS 在清晨进行的观测覆盖在蓝色矩形内。这个矩形在框架（B）中特写显示。白色矩形标出了一个更放大的图像，显示在框架（C）中。火山口地板上有霜，但火山口边缘没有。 （D）显示了同一地区在不同时间段拍摄的 CaSSIS 图像，霜已经消失了。（图片来源：ESA/DLR/FU Berlin）Adomas 解释说，火星赤道上的这些霜至今未被发现有几个原因。“首先，我们需要一个轨道，让我们能够在清晨观察一个位置。虽然 ESA 的两个火星轨道器 - Mars Express 和 TGO - 有这样的轨道，并且可以在一天中的任何时间进行观察，但其他机构的许多轨道器却与太阳同步，只能在下午进行观察，”Adomas 说。“其次，霜的沉积与火星较冷的季节有关，这使得发现它的窗口更加狭窄。”这意味着要发现这种短暂的霜，团队必须准确知道在哪里以及何时寻找它，或者他们必须非常幸运。“我们碰巧在赤道附近寻找霜进行其他研究，但没想到会在火星的火山顶上看到它！”Adomas 补充说。“在火星表面发现水总是令人兴奋的，无论是出于科学兴趣还是对人类和机器人探索的影响，”ESA 的 ExoMars TGO 和 Mars Express 项目科学家 Colin Wilson 说。“即便如此，这一发现尤其引人入胜。”Wilson 补充说，火星的低大气压创造了红色星球上一个不熟悉的情况，这意味着行星的山顶通常不会比它的平原更冷。尽管如此，这项研究揭示了即使是上山坡的潮湿空气也能凝结成霜，Thomas 称之为“明显的地球现象。”“这一发现得益于 ESA 两个火星轨道器之间的成功合作以及额外的建模，”Thomas 总结道。“了解哪些现象在地球和火星上是相同的或不同的，真正考验并提高了我们对不仅在我们的家园星球上，而且在宇宙其他地方发生的基本过程的理解。”该团队的研究结果于周一（6月10日）发表在《自然地球科学》杂志上。
