火星冬季揭秘(組圖)

藝術家的火星構想圖(圖/NASA)

這顆雜亂點綴著隕石坑的紅色星球的兩極表面有時覆蓋著一層薄薄積雪(圖/Reuters)

歷時火星一年的時間，研究人員觀測到由於從秋天到冬天天氣逐漸變冷，天逐漸變黑，雪雲慢慢從這顆紅色星球的兩極向赤道擴展。數據顯示，火星一年高達687天，與之相比，地球只有365天。就像地球上一樣，隨著天氣從冬季進入春季，這些雪雲在向赤道擴展的途中開始收縮，漸漸回到兩極。

這些研究人員發表在《地球物理學研究雜誌》上的一篇論文詳細說明瞭他們的研究結果。論文第一作者胡倫宇表示：「我們首次用航天器數據展示了火星上的這種現象。在過去10年裡，我們用航天器在火星上或周邊進行了科學勘測，才有了今天這些重要數據。要是你把這些不同數據放在一起進行研究，就能獲得新發現。」在火星北極，濃縮的二氧化碳顆粒大小從8到22微米不等。南極雪粒較小，只有4到13微米......

在死一般的火星的冬季，雪雲籠罩著這顆「紅色星球」荒涼的兩極。但和地球上以水分子為主要成分的雪不同的是，火星上的這些雪粒是二氧化碳的冰凍晶體，而且只有血細胞一般大。

火星大氣的大部分是二氧化碳。冬季，兩級異常寒冷，足以讓酒精結冰。這個時候，氣體冷凝，就形成很小的雪粒。如今，美國麻省理工學院的研究人員通過軌道飛行器收集的數據計算出火星兩極雲中的雪粒大小。

這個研究小組經過計算髮現，火星南極雪粒稍小於北極雪粒。但不管怎樣，兩極的雪粒都很小，和一個紅血球一般大。麻省理工學院航空與航天學副教授、波音客機職業培訓負責人凱莉-卡霍伊表示：「這是一些很小的顆粒，不是大雪花。你可能會認為這是霧，因為它們實在太小了。」

卡霍伊和研究生胡倫宇以及瑪利亞-祖柏分析了美國「火星全球勘測者」(MGS)衛星和火星勘測軌道飛行器(MRO)科學儀器收集的大量數據。根據這些數據，他們用火星兩極雪面最大厚度的測量值確定了雲中二氧化碳雪粒的大小。火星南極的雪花厚度比北極厚大約50%。

歷時火星一年的時間，研究人員觀測到由於從秋天到冬天天氣逐漸變冷，天逐漸變黑，雪雲慢慢從這顆紅色星球的兩極向赤道擴展。數據顯示，火星一年高達687天，與之相比，地球只有365天。就像地球上一樣，隨著天氣從冬季進入春季，這些雪雲在向赤道擴展的途中開始收縮，漸漸回到兩極。

這些研究人員發表在《地球物理學研究雜誌》上的一篇論文詳細說明瞭他們的研究結果。論文第一作者胡倫宇表示：「我們首次用航天器數據展示了火星上的這種現象。在過去10年裡，我們用航天器在火星上或周邊進行了科學勘測，才有了今天這些重要數據。要是你把這些不同數據放在一起進行研究，就能獲得新發現。」在火星北極，濃縮的二氧化碳顆粒大小從8到22微米不等。南極雪粒較小，只有4到13微米。

美國加利福尼亞理工學院行星學博士後保羅-海恩表示，因為二氧化碳構成了大多數火星氣候，所以瞭解這種氣體在這顆紅色星球上的表現將有助於科學家瞭解火星的整個氣候情況。並未參與這項研究的海恩說：「主要問題是季節性冰帽在火星是怎樣形成的。冰帽可能在火星表面被直接凍結，或形成於大氣中的雪粒落向地面時。這項研究似乎顯示，至少在某些情況下，冰帽來自降雪，而不是直接的冰塊沉積。長期以來我們一直都這樣懷疑，但這項研究可能提供了最強有力的證據。瞭解火星上二氧化碳雪雲顆粒的大小可能幫助研究人員瞭解這顆紅色星球大氣中灰塵的特性和行為。」

胡倫宇分析了這些雲，尋找了證實二氧化碳冷凝的其他證據。他分析了觀測到雲的所有情況，然後設法將激光測高儀數據和同時得到的溫度和壓力數據進行了匹配。在11個實例中，溫度和壓力為二氧化碳提供濃縮條件時，激光測高儀就檢測到雲。然後，胡倫宇分析了每塊雲的透明度，也就是發射的光量，接著通過計算，確定了每塊雲中的二氧化碳密度。

為了估算火星兩極堆積的二氧化碳雪的總質量，胡倫宇使用了早些時候祖柏的研究小組對火星重力場季節性變化所做的測量值。因為每年冬天火星兩極的雪都會堆積起來，所以這顆紅色星球的重力場會發生微小變化。通過分析一年四季的重力差異，這些研究人員確定了火星南北兩極的雪的總質量。胡倫宇用這個總質量計算出給定體積的積雪中的雪粒數量，最後確定了這些顆粒的大小。

從雪的形成來看，二氧化碳濃縮需要某種成分，例如小硅酸鹽或塵埃顆粒等。胡倫宇表示：「需要什麼樣的塵埃完成這類濃縮？是很小的塵埃顆粒？還是需要外麵包著有助於雲形成的灰塵的水分？就像地球上的雪影響熱分布一樣，火星上的雪粒或許有類似效果，以不同方式反射陽光，當然這取決於每個雪粒的大小。」

為準確瞭解火星上二氧化碳的冷凝過程，胡倫宇分析了大量數據，其中包括歷時5個火星年(相當於地球上9年多)火星勘測軌道飛行器每隔30秒獲得的溫度和壓力分布圖等。這些研究人員仔細檢查了這些數據，以便瞭解使二氧化碳雲粒形成的條件的地點和時間。

這個研究小組還仔細查看了美國火星全球勘測者號衛星激光測高儀的測量值。通過向火星表面發射激光脈衝，然後確定這些光束的彈回時間，該衛星測量了這顆紅色星球的地形。有時，這些光束從火星表面一個異常高的點彈回時速度就比預期的快。與此同時，激光測高儀會收到一種奇怪信號。科學家認為，這些激光束在大氣中遇到了雲。