首次在火星上太陽系最高的火山上探測到霜凍 _火星

首次在火星上太陽系最高的火山上探測到霜凍。來源：伯爾尼大學
據伯爾尼大學：火星上的巨大火山是太陽系中最大的山脈，首次探測到水霜。伯爾尼大學領導的國際團隊使用了歐洲航天局ExoMars示蹤氣體軌道飛行器上的伯爾尼火星相機CaSSIS的高分辨率彩色圖像。了解在哪里可以找到水，以及水是如何運輸的，這與未來的火星任務和可能的人類探索有關。
“ExoMars”是歐洲航天局歐空局的一個項目：自20世紀70年代以來，首次對火星上的生命進行了積極的研究。ExoMars示蹤氣體軌道飛行器（TGO）上有彩色和立體表面成像系統（CaSSIS），這是一個由伯爾尼大學物理研究所的尼古拉斯·托馬斯教授領導的國際團隊開發和建造的相機系統。CaSSIS自2018年4月以來一直在觀測火星，并提供火星表面的高分辨率彩色圖像。
利用這些高分辨率彩色圖像，由Adomas Valantinas博士領導的一個國際團隊已經能夠探測到火星上的水霜。這項研究剛剛發表在《自然地球科學》雜志上。瓦蘭蒂納斯在2023年10月之前一直是伯爾尼大學物理研究所空間研究與行星科學系的博士生，由于瑞士國家科學基金會（SNSF）的博士后流動獎學金，他目前是布朗大學（美國）的客座研究員。

這張模擬透視斜視圖顯示了奧林巴斯火山，它不僅是火星上最高的火山，也是整個太陽系中最高的火山。這座火山直徑約600公里。來源：歐空局/德國航空航天中心/柏林FU（A.Valantinas）
意外的發現
在火星最高的山脈——塔爾西斯火山的頂部發現了霜凍。這些火山是太陽系中最高的山脈，奧林匹斯山高出周圍平原26公里。這種霜凍的形成是意料之中的，因為這些山脈位于火星赤道附近的低緯度地區。

瓦蘭蒂納斯說：“在這些低緯度地區，大量的陽光往往會使地表溫度居高不下。因此，我們沒想到會在那里發現霜凍。” 。更重要的是，火星上稀薄的大氣層在冷卻表面方面效率低下，因此與地球上發生的情況相反，高海拔表面在中午會變得和低海拔表面一樣熱。
瓦蘭蒂納斯解釋道，“上坡風將含有水蒸氣的空氣從低地帶上來，當空氣到達高海拔時會冷卻，導致冷凝。這在地球和火星上都是一種常見的現象。”同樣的現象導致了引人注目的阿爾西亞山細長云，新的研究表明，這也會導致塔爾西斯火山上的晨霜沉積。
瓦蘭蒂納斯繼續說道：“正如我們從CaSSIS的圖像中看到的那樣，薄霜只在日出前后短暫出現幾個小時，然后在陽光下蒸發。” 。

首次在火星上太陽系最高的火山上探測到霜凍。來源：伯爾尼大學
合作成功
為了識別霜凍，瓦蘭蒂納斯和團隊分析了伯爾尼火星相機卡西斯拍攝的5000多張圖像。自2018年4月以來， CaSSIS對火星上的局部塵埃活動、二氧化碳冰沉積的季節變化以及干雪崩的存在進行了觀測。
托馬斯表示， “我們現在可以在可見波長和高分辨率下探測火星上夜間水霜的沉積，這再次證明了伯爾尼相機系統令人印象深刻的科學能力。”
這一發現通過歐空局火星快車軌道器上的高分辨率立體相機（HRSC）和TGO上的納迪爾和火星發現掩星（NOMAD）光譜儀的獨立觀測得到了驗證。
柏林德國航空航天中心行星研究所（DLR Institut für Planetenforschung）的地質學家、當前研究的合著者Ernst Hauber表示，“這項研究很好地證明了不同軌道資產的價值。將各種儀器的測量和建模相結合，我們可以提高對大氣-表面相互作用的理解，這是單憑一臺儀器無法實現的。”
根據Hauber的說法，這些結果還表明了對行星過程的長期監測是多么重要，因為一些現象只有通過比較隨時間推移的多次測量才能變得明顯。
對未來火星任務的重要發現
盡管很薄——可能只有百分之一毫米厚（和人的頭發一樣厚）——但這些霜凍覆蓋了大片地區。瓦蘭蒂納斯解釋道：“在寒冷的季節，霜凍量意味著每天約有15萬噸的水在地表和大氣之間交換，相當于大約60個奧運會游泳池。” 。
托馬斯說：“了解在哪里可以找到水，以及水如何在水庫之間流動，對火星探測的許多方面都有意義。” 。
瓦蘭蒂納斯總結道：“當然，我們想了解火星氣候所涉及的物理過程。但除此之外，了解火星上的水循環對于為未來人類探索建立關鍵資源以及限制過去或現在的宜居性也至關重要。” 。