火星大气层非常稀薄，为何火星沙尘暴，却能蔓延整个火星？

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火星大气层非常稀薄，其密度几乎是地球上的百分之一，而引力约只有地球的三分之一，因此，火星沙尘暴可以也可能会蔓延到火星全球。对于未来的火星任务，了解或许这个星球的大气环境并预测它的“情绪”很重要。由西班牙天体物理学研究所(IA)和里斯本大学加布里埃拉·吉利(Gabriella Gilli)领导的一项新研究，可能会改进我们描述和预测火星天气的方式。


其研究成果发表在《地球物理研究》期刊上，这项研究表明：在火星稀薄大气中向上移动的重力波，由空气扰动引起，可以对整个大气产生强烈影响。理解这一过程可能会解释在火星这颗红色星球上观察到的太空任务，与科学家们用来弄清楚火星大气是如何运做的计算机模拟之间的一些不同之处，大气重力波是空气密度和温度在大气中传播的微小波动。


（上图所示）这张火星沙尘暴照片是由NASA火星勘测轨道器拍摄的，在极地附近可以看到水冰云，凹槽是由压力或温度振荡产生，这是重力波的特征，这些波浪很可能是由风吹过陨石坑山脊引起。图片：NASA/JPL-Caltech/MSSS
这些波可以由许多过程产生，比如暖空气和冷空气的相互作用，或者山脉上的空气流动，所有这些都扰乱了大气的稳定分层。当这些波传输和释放能量时，它们会使风加速，或减缓为微风。因此，众所周知，它们在地球以及火星和金星的全球大气循环中扮演着重要角色。研究把重点放在对大气三维模拟与火星勘测轨道器火星气候探测仪观测结果之间的比较。


（上图所示）火星大气密度几乎是地球密度的百分之一，在这张1976年由NASA的海盗1号任务拍摄的图像中，可以看到它是一个半透明的层。图片：NASA/Viking 1
对流产生重力波模型中包含的内容，为观测和模拟之间的一些剩余分歧，提供了一个看似合理的物理解释。根据目前的研究，这些波动似乎与整个大气周期性振荡相互作用，称为日潮汐，这种振荡是由昼夜温差引起的。在火星上，由于其薄薄的包层，这些潮汐比地球上的强得多。这项研究表明，重力波对火星日潮汐的影响，往往会减缓50公里以上高度的风，这与在火星上实际观察到的情况更一致。


（上图所示）重力波特有的大气密度变化可能会在云层上留下痕迹，因为在印度洋上空的这块云层上可以看到指纹，这是NASA泰拉任务所拍摄的。图片：NASA/GSFC/LaRC/JPL, MISR Team
研究使用了巴黎梅托洛基动力学实验室(LMD)开发的三维模型，该模型正在不断更新，以便更真实地代表火星气候。它是对流引起重力波的计算机表示，其特性可以在检查模拟天气输出（即风速、密度和温度振荡）是否更接近航天器记录的数据时进行调整。这些行星模型也是理解这些世界和地球之间的差异和相似之处，以及理解地球演化的关键。


将继续研究地球邻近行星的气候模型，并利用来自未来任务（如火星2020号）的新数据。将这些模型应用于类似地球的太阳系外行星也至关重要，这样才能预测未来几年计划用来研究遥远世界的仪器能观测到什么。
博科园｜研究/来自：西班牙航空航天研究所
参考期刊《地球物理研究》
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