火星上首次发现太阳系最高火山出现霜冻

这是首次在火星的巨型火山上发现水霜，这些火山是太阳系中最大的山脉。伯尔尼大学领导的国际团队使用了欧洲航天局 ExoMars 痕量气体轨道器航天器上的伯尔尼火星相机 CaSSIS 拍摄的高分辨率彩色图像。了解哪里可以找到水以及水是如何运输的，对于未来的火星任务和可能的人类探索都很重要。

“ExoMars”是欧洲航天局 (ESA) 的一项计划：自 1970 年代以来，人们首次积极研究火星上的生命。ExoMars 痕量气体轨道器 (TGO) 上装有彩色立体表面成像系统 (CaSSIS)，这是伯尔尼大学物理研究所 Nicolas Thomas 教授领导的国际团队开发和建造的摄像系统。CaSSIS 自 2018 年 4 月以来一直在观察火星，并提供了火星表面的高分辨率彩色图像。

利用这些高分辨率彩色图像，由阿多马斯·瓦兰蒂纳斯博士领导的国际团队已经能够探测到火星上的水霜。这项研究刚刚发表在《自然地球科学》杂志上。瓦兰蒂纳斯曾是伯尔尼大学物理研究所空间研究与行星科学系的博士生，任期至 2023 年 10 月，目前凭借瑞士国家科学基金会 (SNSF) 博士后流动奖学金，担任布朗大学 (美国) 的客座研究员。

意外的发现

霜冻是在火星最高山脉——塔尔西斯火山的山顶发现的。这些火山是太阳系中最高的山脉，奥林匹斯山比周围的平原高出 26 公里。由于这些山脉位于火星赤道附近的低纬度地区，因此这种霜冻的形成是意料之外的。

“在这些低纬度地区，大量的阳光往往会使地表温度保持在较高水平。因此，我们预计那里不会出现霜冻，”瓦兰蒂纳斯说。更重要的是，火星稀薄的大气层无法有效地冷却地表，因此高海拔表面在中午时分会变得和低海拔表面一样热，这与地球上的情况相反。

瓦兰蒂纳斯解释道：“上坡风将含有水蒸气的空气从低地吹上来，这些空气在到达高海拔时会冷却，从而形成凝结。这种现象在地球和火星上都很常见。”同样的现象导致了引人注目的阿尔西亚山拉长云——新研究表明，这种现象也会导致塔尔西斯火山上出现晨霜沉积。

“正如我们从 CaSSIS 图像中看到的那样，薄霜只出现很短的时间，在日出时分持续几个小时，然后就会在阳光下蒸发，”Valantinas 继续说道。

成功合作

为了识别霜冻，瓦兰蒂纳斯和团队分析了伯尔尼火星相机 CaSSIS 拍摄的 5,000 多张图像。自 2018 年 4 月以来，CaSSIS 提供了对当地尘埃活动、二氧化碳冰沉积物的季节性变化以及火星上干雪崩存在的观测。

托马斯表示：“我们现在可以在可见光波长和高分辨率下探测到火星夜间水霜的沉积，这再次证明了伯尔尼相机系统令人印象深刻的科学能力。”

该发现通过欧空局火星快车轨道器上的高分辨率立体相机 (HRSC) 和 TGO 上的火星发现号天底和掩星 (NOMAD) 光谱仪的独立观测得到了验证。

柏林 DLR 行星研究所 (DLR-Institut für Planetenforschung) 的地质学家、本研究的合著者 Ernst Hauber 表示：“这项研究很好地展示了不同轨道资产的价值。结合各种仪器和模型的测量结果，我们可以提高对大气与地表相互作用的理解，而这仅靠一种仪器是无法实现的。”

豪伯表示，研究结果还表明了长期监测行星过程的重要性，因为某些现象只有通过一段时间内多次测量的比较才能显现出来。

未来火星任务的重要发现

尽管霜冻很薄——可能只有百分之一毫米厚(与人的头发一样粗)，但霜冻覆盖了大片区域。“在寒冷的季节，霜冻量相当于每天在地表和大气之间交换的约 15 万吨水，相当于大约 60 个奥运游泳池，”瓦兰蒂纳斯解释道。

托马斯说：“了解哪里可以找到水以及水如何在水库之间流动，对于火星探索的许多方面都具有重要意义。”

“当然，我们想了解火星气候所涉及的物理过程。但除此之外，了解火星上的水循环对于确定未来人类探索的关键资源以及限制过去或现在的宜居性也具有重要意义，”瓦兰蒂纳斯总结道。