火星上的水霜在巨大的火山顶部短暂的冰冻景观

地球上形成水霜很常见，尤其是在冬季，大气中的水蒸气在表面凝结并结冰。火星大气的密度比地球低100倍左右，但也含有水蒸气。然而，火星大气中的水蒸气比地球少10,000倍，因此结冰的可能性较小。

目前，人们对火星表面和大气层之间的水交换还不太了解。霜冻的形成不仅是帮助我们了解水循环的重要线索，也是确定未来人类探索的关键资源的重要线索。水是生命的必需品，也可以用作火箭燃料。

火星火山之巅之旅

我们今天在《自然地球科学》杂志上发表的新研究报告称，火星塔尔西斯地区的火山顶部存在大量短暂的晨霜沉积物，该地区包括奥林匹斯山、阿尔西亚山、阿斯克拉乌斯山和塞拉乌尼乌斯山。这些是通过分析欧洲航天局Exomars痕量气体轨道器(TGO)(ESA)探测器收集的高分辨率彩色图像发现的。这一发现得到了ESA火星快车探测器和TGO上NOMAD光谱仪的独立观测的证实。

火星气候的数值模拟表明，火山表面温度与冰冻水的存在相符。事实上，结果显示，早晨的霜冻沉积与火星最冷的季节有关(是的，火星上有季节，就像地球上一样)。然而，火星山峰的温度要低得多，介于-130°C和-30°C之间。更重要的是，火星赤道上的火山高度暴露在太阳能量中，这解释了早晨霜冻迅速消失的原因。

一切始于CaSSIS相机对火星火山顶部较亮、略带蓝色的区域的观察。经过几个月的调查，这些意想不到的光亮区域似乎只出现在清晨的观测和火星寒冷季节。HRSC相机能够证实这些观测结果，但剩下的就是找到这种现象的起源。

火星上有两种挥发性化合物：水(H20)和二氧化碳(CO2)。这两种化合物在火星条件下很容易在气态和固态之间转变。不幸的是，在固态下，它们在CaSSIS仪器的可见光范围内(我们的眼睛也可以观察到)都呈现白色或明亮。因此，很难用简单的图像区分它们。因此，我们必须对这些略带蓝色的区域进行真正的调查。我们能够建立两种主要类型的论据，一种基于光谱学，另一种基于火星火山微气候的数值模拟。

由于来自表面的光的颜色或波长的分解，可以区分H2O和CO2。这是NOMAD仪器启用的光谱技术。我们试图在极端条件下(清晨，阳光很少)进行的测量中识别这两种化合物。由于该仪器针对直接观察太阳进行了优化，因此这些观测结果很困难且不易读取。结果显示没有CO2特征，可能有水特征。

然而，如果二氧化碳存在于薄层之上，我们就不会看到任何光谱特征。因此，这一论点并不明确。该团队的比利时成员随后对火星火山的微气候进行了数值模拟。这是用于预测地球天气的同一类型的工具，但在这里它被改编为火星的天气。模拟得出的结论是，在获取包含清晰区域的图像时，条件适合水的凝结，但不适合二氧化碳的凝结。因此，这两条证据结合起来支持了水结冰的假设。

薄薄一层霜

利用现有仪器提供的信息，我们能够估算出这层霜的厚度。它非常薄，只有10微米(1/100毫米)。霜的厚度取决于行星大气中可用的水蒸气量，仅为地球的1/10,000。

由于凝结必须在日出前几个小时开始，大气环流使水从周围大气中积聚起来。考虑到霜冻覆盖的表面积，水的总量约为60个奥运会游泳池。如果可以收集，这可以满足宇航员几年的用水需求，但就火星的规模而言，这个数量仍然非常小。火星上可用的水量主要以两极冰的形式存在，估计相当于1万亿个奥运会游泳池。请记住，地球上的水量大约是火星上的100倍。

在太阳系最高峰发现冰层将使我们能够进一步了解火星当前的水循环。这样一来，我们就可以更好地预测火星的天气，以期进行未来的探索，同时也可以更好地了解火星过去的气候及其宜居性。