火星大氣層非常稀薄,為何火星沙塵暴,卻能蔓延整個火星?

2021-01-16 騰訊網

火星大氣層非常稀薄，其密度幾乎是地球上的百分之一，而引力約只有地球的三分之一，因此，火星沙塵暴可以也可能會蔓延到火星全球。對於未來的火星任務，了解或許這個星球的大氣環境並預測它的「情緒」很重要。由西班牙天體物理學研究所(IA)和裡斯本大學加布裡埃拉·吉利(Gabriella Gilli)領導的一項新研究，可能會改進我們描述和預測火星天氣的方式。

其研究成果發表在《地球物理研究》期刊上，這項研究表明：在火星稀薄大氣中向上移動的重力波，由空氣擾動引起，可以對整個大氣產生強烈影響。理解這一過程可能會解釋在火星這顆紅色星球上觀察到的太空任務，與科學家們用來弄清楚火星大氣是如何運作的計算機模擬之間的一些不同之處，大氣重力波是空氣密度和溫度在大氣中傳播的微小波動。

（上圖所示）這張火星沙塵暴照片是由美國宇航局火星勘測軌道器拍攝的，在極地附近可以看到水冰雲，凹槽是由壓力或溫度振蕩產生，這是重力波的特徵，這些波浪很可能是由風吹過隕石坑山脊引起。圖片：NASA/JPL-Caltech/MSSS

這些波可以由許多過程產生，比如暖空氣和冷空氣的相互作用，或者山脈上的空氣流動，所有這些都擾亂了大氣的穩定分層。當這些波傳輸和釋放能量時，它們會使風加速，或減緩為微風。因此，眾所周知，它們在地球以及火星和金星的全球大氣循環中扮演著重要角色。研究把重點放在對大氣三維模擬與火星勘測軌道器火星氣候探測儀觀測結果之間的比較。

（上圖所示）火星大氣密度幾乎是地球密度的百分之一，在這張1976年由NASA的海盜1號任務拍攝的圖像中，可以看到它是一個半透明的層。圖片：NASA/Viking 1

對流產生重力波模型中包含的內容，為觀測和模擬之間的一些剩餘分歧，提供了一個看似合理的物理解釋。根據目前的研究，這些波動似乎與整個大氣周期性振蕩相互作用，稱為日潮汐，這種振蕩是由晝夜溫差引起的。在火星上，由於其薄薄的包層，這些潮汐比地球上的強得多。這項研究表明，重力波對火星日潮汐的影響，往往會減緩50公裡以上高度的風，這與在火星上實際觀察到的情況更一致。

（上圖所示）重力波特有的大氣密度變化可能會在雲層上留下痕跡，因為在印度洋上空的這塊雲層上可以看到指紋，這是美國宇航局泰拉任務所拍攝的。圖片：NASA/GSFC/LaRC/JPL, MISR Team

研究使用了巴黎梅託洛基動力學實驗室(LMD)開發的三維模型，該模型正在不斷更新，以便更真實地代表火星氣候。它是對流引起重力波的計算機表示，其特性可以在檢查模擬天氣輸出（即風速、密度和溫度振蕩）是否更接近太空飛行器記錄的數據時進行調整。這些行星模型也是理解這些世界和地球之間的差異和相似之處，以及理解地球演化的關鍵。

將繼續研究地球鄰近行星的氣候模型，並利用來自未來任務（如火星2020號）的新數據。將這些模型應用於類似地球的太陽系外行星也至關重要，這樣才能預測未來幾年計劃用來研究遙遠世界的儀器能觀測到什麼。

博科園｜研究/來自：西班牙航空航天研究所

參考期刊《地球物理研究》

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