北京
【CNMO科技消息】火星天空中存在着一种每天出现、又在数小时内迅速消失的云。其中，长度可达约1600公里的巨大云带长期困扰着科学家。近日，一项模拟研究揭示了这种云的形成原理，相关成果发表于国际学术期刊《自然·地球科学》。
阿尔西亚山长云
这种云被称为“阿尔西亚山长云”（Arsia Mons Elongated Cloud，简称AMEC），位于火星赤道以南、高约20公里的盾状火山阿尔西亚山上空。2018年，欧洲空间局（ESA）的“火星快车”探测器首次对其进行了系统观测。AMEC在火星春夏季节几乎每天早晨出现，但形成仅数小时后便完全蒸发消失。它最长可达1600至1800公里，相当于火星周长的十二分之一，约为英国岛屿总长度的两倍。
火星大气中水汽极其稀少，因此像地球那样由水滴构成的云非常罕见，如此巨大的水汽云如何形成，长期是个谜。研究团队基于“火星快车”的观测数据，开展了新的计算机模拟。论文第一作者豪尔赫·埃尔南德斯-贝尔纳尔表示：“为了在模拟中正确再现AMEC，我们必须纳入一种仅存在于教科书理论中的奇特物理现象。将这一物理现象应用于模型后，我们实际观测到的AMEC形态便如实出现了。”
AMEC本质上是一种地形云，由强风将水汽推上高耸山脊而形成。地球上也有类似的地形云，例如直布罗陀岩上空的“莱万特”云。但火星AMEC的微观形成过程与地球云完全不同。地球云通过“异质核化”形成，即空气中的灰尘、盐粒、烟灰等微小颗粒表面吸附水汽，进而形成冰晶。而火星尽管大气中富含尘埃，却并未以这种方式形成云。
埃尔南德斯-贝尔纳尔博士解释说：“AMEC的形成不需要空气中作为凝结核的物质。水汽不经过中间步骤，直接转变为冰云粒子，就像水滴不在玻璃窗表面，而是在房间中央的空气中直接凝结一样。”研究团队将这种无需凝结核的过程称为“均质核化”，并指出这是首次在行星大气现象中实际观测到该过程。
此前，学术界认为均质核化可能在地球上层大气或金星天空中理论上存在，但需要比地球表面高出约10万倍的极端相对湿度，现实中发生的可能性极低。在几乎没有水的现代火星大气中，形成这种湿度同样令人难以相信。
然而，“火星快车”的数据给出了答案。阿尔西亚山高度超过珠穆朗玛峰的两倍，强风沿陡峭山坡上升，引发巨大的大气波，将空气抛射至高层大气。研究团队计算发现，这一过程中空气温度在短短10分钟内最高骤降30度。这种急剧冷却不仅迅速冻结空气中的水汽，还使波内湿度爆炸性升高，为“均质核化”创造了完美环境。研究团队推测，形成云的水汽一部分来自火星大气，大部分则来自阿尔西亚山顶厚厚的霜层。
“火星快车”自2018年以来一直对AMEC进行密切观测。此次模拟的成功被视为火星气象学领域的重要成果。埃尔南德斯-贝尔纳尔博士表示：“尽管我们掌握的火星大气数据远不如地球精细，但我们仍精确再现了AMEC现象，这是气象建模的一大成功。”他补充说：“这项研究表明，即使物理学基本原理相同，其他行星的气象系统也可能与地球完全不同。这对未来太阳系探索，以及寻找遥远系外行星上生命存在的可能性，都具有重要启示。”
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