歐空局任務在火星赤道附近發現了霜凍，鑑於該地區通常溫度較高，這一發現令人驚訝。這種霜凍暫時出現在塔西斯火山上，顯示高海拔地區有獨特的小氣候和空氣循環。歐空局的ExoMars TGO和火星快車軌道器促成了這一發現，標誌著在了解火星大氣動力學方面邁出了重要一步，並可能影響未來的探索。

這張高解析度影像顯示了在奧林帕斯山（Olympus Mons）山頂新發現的霜凍，奧林帕斯山不僅是火星上最高的火山，也是整個太陽系中最高的火山。霜凍在火山口（山頂火山口）的地面及其北部邊緣呈現藍色。影像左側光線充足的陡坡上則沒有霜凍。圖片來源：ESA/TGO/CaSSIS

霜凍位於塔西斯火山之上：不僅是火星上最高的火山，也是太陽系中最高的火山。歐空局的ExoMars微量氣體軌道器（TGO）首先看到了它，後來TGO和歐空局的火星快車上的另一個儀器也看到了它。

領銜作者阿多瑪斯-瓦蘭提納斯（Adomas Valantinas）說：”我們原以為在火星赤道周圍不可能形成霜凍，因為陽光和稀薄大氣的混合使地表和山頂的溫度都相對較高–這與我們在地球上看到的情況不同，在地球上你可能會期望看到結霜的山峰，”他在瑞士伯爾尼大學攻讀博士學位時發現了這一發現，現在是美國布朗大學的博士後研究員。

從火星快車拍攝的奧林帕斯山透視圖，大鍋狀空洞中的霜凍（藍色）。圖片來源：ESA/DLR/柏林大學（A. Valantinas）

“它在這裡的存在令人興奮，暗示著有特殊的過程在發揮作用，使霜得以形成”。

這些霜斑在日出前後的幾個小時內出現，然後在陽光下蒸發。儘管它們很薄，可能只有百分之一毫米厚（和人的頭髮一樣粗），但覆蓋的面積卻很大。在寒冷的季節裡，每天大約有15 萬噸水在地表和大氣之間交換，相當於大約60 個奧林匹克游泳池的水量。

火星上塔西斯地區的地形。資料來源：NASA/MGS/MOLA 科學小組、柏林聯邦大學

奇特的小氣候

火星的塔西斯地區有許多火山，包括奧林匹斯山和塔西斯山：阿司克雷烏斯火山、帕沃尼斯火山和阿爾西亞火山。其中許多火山都是巨型火山，高聳於周圍平原之上，其高度從地球珠穆朗瑪峰的一倍（帕沃尼斯蒙斯）到三倍（奧林帕斯蒙斯）不等。

這些火山的山頂都有火山口，也就是大空洞，這是過去火山爆發時岩漿室排空造成的。研究人員認為，塔爾西斯上空的空氣以一種奇特的方式循環；這在那裡的火山口內形成了一種獨特的小氣候，使成片的冰霜得以形成。

「風沿著山坡往上走，把地表附近相對濕潤的空氣帶到高空，在那裡凝結成霜，”合著者、TGO 彩色和立體地表成像系統（CaSSIS）首席研究員尼古拉斯-托馬斯（Nicolas Thomas）說，他是阿多瑪斯在伯爾尼大學的博士生導師。 「我們實際上在地球和火星的其他地方也看到了這種現象，同樣的現象導致了季節性的火星阿西亞蒙斯伸長雲。我們在火星火山頂上看到的冰霜似乎特別沉積在火山口的陰影區域，那裡的溫度較低”。

火星快車拍攝的奧林帕斯蒙斯上的霜凍（藍色陰影）。圖片來源：ESA/DLR/柏林大學

阿多瑪斯、尼古拉斯和同事們在奧林匹斯、阿爾西亞和阿司克雷烏斯蒙斯以及塞拉烏尼烏斯托魯斯的塔西斯火山上發現了霜凍。透過模擬這些霜凍的形成過程，科學家可以揭示火星上更多的秘密，包括水的存在位置以及水如何在儲層之間流動，並了解火星上複雜的大氣動態。這些知識對於我們未來探索火星以及尋找地球以外可能存在的生命跡象至關重要。

意料之外，令人信服

這項發現標誌著首次在火星赤道發現霜凍。但為什麼以前沒有發現呢？

“原因有以下幾點：首先，我們需要一個能讓我們在清晨觀測到某個地點的軌道。歐空局的兩個火星軌道器–“火星快車”和”TGO”–都有這樣的軌道，可以在一天中的任何時間進行觀測，而其他機構的許多火星軌道器則與太陽同步，只能在下午進行觀測，”阿多瑪斯補充說。 「其次，霜的沉積與火星的寒冷季節有關，這使得發現霜的窗口變得更加狹窄。簡而言之，我們必須知道在何時何地尋找短暫的冰霜。我們碰巧在赤道附近尋找它進行其他研究，但沒想到會在火星的火山頂上看到它！

ExoMars發現Ceraunius Tholus上有霜凍。研究人員首次在火星赤道附近的火山頂上發現了霜凍–在火星的這一區域，人們認為是不可能形成霜凍的。這項發現利用了歐空局ExoMars微量氣體軌道器（TGO）的兩台儀器–CaSSIS和NOMAD–的觀測數據，以及歐空局火星快車（Mars Express）的額外成像。這張圖顯示的是Ceraunius Tholus火山口地面上的霜凍。霜凍顯示為藍色。圖片來源：ESA/TGO/CaSSIS

發現霜凍依賴歐空局兩個火星軌道探測器之間的合作：ExoMars TGO 和火星快車。 TGO於2016年抵達火星，自2018年開始執行全面科學任務以來，一直在對火星表面、大氣層和水進行成像和測繪。火星快車自2003 年以來一直圍繞著火星運行，花了二十年的時間探索火星的表面、地下、礦物、現象和大氣。

研究團隊利用TGO 的CaSSIS 儀器發現了霜凍。隨後，他們利用TGO 的”Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD)”光譜儀和火星快車的”High Resolution Stereo Camera (HRSC)”再次觀察了該區域​​，確認了他們的發現。

2004 年火星快車觀測到的奧林帕斯山。這個垂直視圖顯示了火星奧林帕斯山頂複雜的火山口，它是太陽系中最高的火山。奧林帕斯山的平均海拔為22 公里，火山口深度約為3 公里。圖片來源：ESA/DLR/柏林大學（G. Neukum）

「歐空局負責ExoMars TGO和火星快車的計畫科學家科林-威爾遜（Colin Wilson）說：『在火星表面發現水總是令人興奮的，這既有科學意義，也有對人類和機器人探索的影響。 「即便如此，這項發現也格外引人入勝。火星的低氣壓造成了一種陌生的情況，即火星的山頂通常不會比平原更冷–但似乎吹向山坡的潮濕空氣仍然可以凝結成霜，這是一種明顯類似於地球的現象。考驗並提高了我們對不僅發生在我們的母星上，而且發生在宇宙其他地方的基本過程的理解”。

編譯自/ ScitechDaily