在火星上，春天爆發出劇烈的變化。 霜凍雪崩、二氧化碳氣體噴泉和強風重塑了火星表面，留下了令人驚嘆的圖案，如漩渦狀的極地槽和蜘蛛般的痕跡。 科學家利用火星勘測軌道器來研究這些因半球而異的季節性現象。

在地球慶祝新年前夕的今天，研究火星的科學家已經提前完成了任務。 這顆紅色星球在2024 年11 月12 日完成了它最近一次繞太陽運行的軌道，這給了研究人員一個慶祝的理由。

火星年持續687個地球日，結束時與地球年截然不同，尤其是在北半球。 當地球上進入冬季時，火星上的春天開始了，氣溫升高，冰層變薄。 這引發了戲劇性的事件：冰霜雪崩從懸崖上滾落，二氧化碳氣體從地下迸發，狂風重塑了地球的北極。

” 地球上的春天，水冰逐漸融化，涓涓細流不斷流淌。但在火星上，一切都發生得轟轟烈烈，”南加州NASA 噴氣推進實驗室（JPL ）研究行星表面的塞麗娜-迪尼加（Serina Diniega）說。

這是火星上新的一年，雖然新年在地球北半球意味著冬天，但在紅色星球的同一地區卻是春天的開始。 這意味著冰正在解凍，從而導致各種有趣的事情發生。 JPL 研究科學家Serina Diniega 解釋。 圖片來源：NASA/JPL-Caltech

昇華： 冰的破裂

火星飄渺的大氣層不允許液體像地球一樣聚集在表面。 冰不會融化，而是昇華，直接變成氣體。 春季的突然轉變意味著許多劇烈的變化，因為水冰和二氧化碳冰（乾冰，在火星上比冰凍的水要多得多）都會減弱和破裂。

迪尼加說：”你會看到很多裂縫和爆炸，而不是融化。我想像它變得非常吵雜。”

科學家利用2005年發射的美國太空總署火星勘測軌道飛行器（MRO）上的照相機和其他感測器，對所有這些活動進行研究，以加深他們對塑造動態火星表面的力量的理解。 以下是他們追蹤的一些情況。

火星的春天有許多冰裂縫，因此美國太空總署火星勘測軌道飛行器（Mars Reconnaissance Orbiter）上的HiRISE 相機在2015 年捕捉到了這塊66 英尺寬（20 公尺寬）的二氧化碳霜。 圖片來源：NASA/JPL-Caltech/亞利桑那大學

霜崩： 戲劇性的展示

2015年，MRO的高解析度成像科學實驗（HiRISE）相機捕捉了一塊66英尺寬（20公尺寬）的二氧化碳冰霜。 Diniega 說，這樣的偶然觀測提醒我們火星與地球是多麼的不同，尤其是在春季，因為此時火星表面的變化最為明顯。

Diniega 說：”我們很幸運能有MRO 這樣的太空船長時間觀測火星。近20年的觀察讓我們捕捉到了像這些雪崩這樣的戲劇性時刻。”

當光線穿過火星上的二氧化碳冰層時，它加熱了冰層的底層，這些冰層沒有融化成液體，而是變成了氣體。 積聚的氣體最終形成爆炸性的噴泉，將深色的碎屑扇拋向火星表面。 資料來源：NASA/JPL-Caltech/亞利桑那大學

氣體間歇泉： 爆炸性的春季噴流

Diniega 依靠HiRISE 研究了火星春季的另一個奇特現象：從地表噴出的氣體噴泉，噴出沙塵的黑扇子。 這些爆炸性噴流的形成是由於二氧化碳冰的高能量昇華。 當陽光穿過冰層時，冰的底層就會變成氣體，壓力不斷增大，直到迸發到空氣中，形成那些暗色的物質風扇。

不過，要看到最新扇形的最佳範例，研究人員還得等到2025 年12 月，也就是南半球春季開始的時候。 在那裡，風扇更大，輪廓也更清晰。

有時，二氧化碳噴泉從火星的冰雪覆蓋區噴出後，會在火星表面留下沖刷痕跡。 當夏天冰層全部消失後，這些長長的沖刷痕跡看起來就像巨型蜘蛛的腿。 圖片來源：NASA/JPL-Caltech/亞利桑那大學

火星蜘蛛： 北半球之謎

兩個半球與冰有關的活動還有一個不同之處： 一旦北方一些間歇泉周圍的冰在夏季全部昇華，泥土中就會留下沖刷的痕跡，從太空中看，這些痕跡就像巨大的蜘蛛腿。 研究人員最近在JPL 實驗室裡重新創造了這個過程。

隨著氣溫的升高，強大的風力會在火星北極的冰蓋上刮出深深的溝槽。 其中一些冰槽有加州那麼長，為火星北極帶來了標誌性的漩渦。 這張照片是由美國國家航空暨太空總署（NASA）目前仍在運作的火星全球勘測器拍攝的。 圖片來源：NASA/JPL-Caltech/MSSS

強勁的風和極地漩渦

對於多倫多約克大學的艾薩克-史密斯（Isaac Smith）來說，春季最迷人的主題之一就是火星北極德克薩斯州大小的冰蓋。 冰蓋上刻畫著漩渦狀的溝槽，露出了下方紅色表面的痕跡。 這種效果就像拿鐵咖啡中的牛奶漩渦。

史密斯說：「這些東西非常巨大，」他指出，有些有加州那麼長。我們可以在南極洲找到類似的海槽，但沒有這種規模的。 “

快速的暖風在漫長的歲月中刻畫出了螺旋形狀，這些波谷是春季陣風的通道，隨著北極的冰開始解凍，陣風的威力會變得更大。 就像南加州的聖安娜風或洛磯山脈的奇努克風一樣，這些陣風順著風槽而下時，速度和溫度都會上升，這就是所謂的絕熱過程。

2022年9月8日，美國太空總署火星勘測軌道飛行器使用HiRISE相機從高空拍攝到了這些位於火星北半球、被冰霜包圍的火星沙丘。 圖片來源：NASA/JPL-Caltech/亞利桑那大學

遷徙的沙丘： 春之舞

雕刻北極瀏海的風也重塑了火星的沙丘，使沙子堆積在一側，同時從另一側帶走沙子。 隨著時間的推移，這個過程會導致沙丘遷移，就像地球上的沙丘一樣。

今年九月，史密斯與他人合作撰寫了一篇論文，詳細描述了二氧化碳如何在冬季沉降到極地沙丘頂部，將其凍結在原地。 到了春天，霜全部解凍後，沙丘又開始遷移。

北方的每個春天都有些不同，變化導致冰昇華的速度或快或慢，控制地表所有這些現象的節奏。 這些奇怪的現像只是火星季節變化的一部分：南半球也有自己獨特的活動。

關於MRO 的更多信息

火星勘測軌道器（MRO）是美國國家航空暨太空總署（NASA）噴射推進實驗室（JPL）管理的重要太空船，該實驗室隸屬於位於加州帕薩迪納的加州理工學院，為美國國家航空暨太空總署（NASA）科學任務局服務。 自2005 年發射以來，MRO 一直在研究火星的表面、氣候和地質，為科學研究和未來探索提供了寶貴的數據。

它的傑出儀器之一是高解析度成像科學實驗（HiRISE）相機，由位於圖森的亞利桑那大學負責操作。 HiRISE由位於科羅拉多州博爾德的波爾航太技術公司製造，能夠捕捉到火星表面令人難以置信的詳細影像，使科學家能夠研究雪崩、沙丘和季節變化等動態過程。 與MRO 上的其他先進儀器一起，HiRISE 大大推進了我們對紅色星球的了解，使該軌道器成為美國宇航局迄今為止最成功的任務之一。

編譯自/ scitechdaily