艾德思：火星中层大气的云如何形成靠流星划过时碎裂的尘埃

长期以来,天文学家一直在火星大气中层观察到云的形成,该处距离地表30公里,一直很难解释它们的形成机制.现在科罗拉多大学波德分校科学家指出,中层云层可能来自陨石进入火星大气层时,留下的流星烟(meteor smoke)让水分子有所依附.

和地球相比,火星如今的大气层相当稀薄,其地表大气压力不到地球的1%,并且火星大气总质量只有25兆吨,而地球有5148兆吨.

至于地球上的云,为气态水分子聚集在空气中的凝结核周围所形成.在定温下,水气含量超过饱和蒸汽压便会开始凝结,但气态水分子之间的相互作用较小,就算已达饱和环境,可能也不足以让水分子凝聚成为液态,没有凝结核作为核心让水分子依附,我们就看不到各种美丽的云貌.

然而同样的物理机制放到火星身上时却出现了问题.火星大气结构分为:相对温暖的「低层大气」/有高速气流存在的「中层大气」/大气分子不像下层均匀分布的「上层大气(或热气层)」,以及距离地表200公里以上/大气逐渐过度到外太空/无明显边界的「外气层」.

如果按照云的正常形成机制,则火星中层大气应该也要有尘埃粒子作为凝结核,让水气依附以形成云,然而事实是,科学家从没有在火星中层大气找到这些尘埃.

于是科罗拉多大学波德分校团队将眼光转向流星.根据NASA的火星大气与挥发物演化任务(MAVEN)探测器数据,每天平均有2～3吨流星进入火星大气层,当这些陨石与大气层摩擦并裂成碎片时,就会往大气注入大量灰尘,称为流星烟.为了确定流星烟是否为火星中层大气神秘云层的起源,研究团队利用电脑模拟火星大气层的流动,果然结果显示云出现了.

虽然与地球壮观的积雨云相比,火星上的云很小/很薄,可能类似地球的丝状卷云,但它们依然能发挥影响力,让火星高海拔地区温度上升或下降达10℃.

这些云的形成有助于揭示火星大气演化史,更具体地说,能帮助揭开过去火星表面怎样维持液态水.新文章发表在<自然-地球科学>(NatureGeoSCIence)期刊.

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