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  艺术家的构想图显示,火星处在一种祥和安静的状态中,两极的雪花轻盈飞舞,飘浮在空中。

这颗杂乱点缀着陨石坑的红色星球的两极表面有时覆盖着一层薄薄积雪。

  北京时间6月26日消息,在死一般的火星的冬季,雪云笼罩着这颗“红色星球”荒凉的两极。但和地球上以水分子为主要成分的雪不同的是,火星上的这些雪粒是二氧化碳的冰冻晶体,而且只有血细胞一般大。

  火星大气的大部分是二氧化碳。冬季,两级异常寒冷,足以让酒精结冰。这个时候,气体冷凝,就形成很小的雪粒。如今,美国麻省理工学院的研究人员通过轨道飞行器收集的数据计算出火星两极云中的雪粒大小。

  这个研究小组经过计算发现,火星南极雪粒稍小于北极雪粒。但不管怎样,两极的雪粒都很小,和一个红血球一般大。麻省理工学院航空与航天学副教授、波音客机职业培训负责人凯莉-卡霍伊表示:“这是一些很小的颗粒,不是大雪花。你可能会认为这是雾,因为它们实在太小了。”

  卡霍伊和研究生胡伦宇以及玛利亚-祖柏分析了美国“火星全球勘测者”(MGS)卫星和火星勘测轨道飞行器(MRO)科学仪器收集的大量数据。根据这些数据,他们用火星两极雪面最大厚度的测量值确定了云中二氧化碳雪粒的大小。火星南极的雪花厚度比北极厚大约50%。

  历时火星一年的时间,研究人员观测到由于从秋天到冬天天气逐渐变冷,天逐渐变黑,雪云慢慢从这颗红色星球的两极向赤道扩展。数据显示,火星一年高达687天,与之相比,地球只有365天。就像地球上一样,随着天气从冬季进入春季,这些雪云在向赤道扩展的途中开始收缩,渐渐回到两极。

  这些研究人员发表在《地球物理学研究杂志》上的一篇论文详细说明了他们的研究结果。论文第一作者胡伦宇表示:“我们首次用航天器数据展示了火星上的这种现象。在过去10年里,我们用航天器在火星上或周边进行了科学勘测,才有了今天这些重要数据。要是你把这些不同数据放在一起进行研究,就能获得新发现。”在火星北极,浓缩的二氧化碳颗粒大小从8到22微米不等。南极雪粒较小,只有4到13微米。

  美国加利福尼亚理工学院行星学博士后保罗-海恩表示,因为二氧化碳构成了大多数火星气候,所以了解这种气体在这颗红色星球上的表现将有助于科学家了解火星的整个气候情况。并未参与这项研究的海恩说:“主要问题是季节性冰帽在火星是怎样形成的。冰帽可能在火星表面被直接冻结,或形成于大气中的雪粒落向地面时。这项研究似乎显示,至少在某些情况下,冰帽来自降雪,而不是直接的冰块沉积。长期以来我们一直都这样怀疑,但这项研究可能提供了最强有力的证据。了解火星上二氧化碳雪云颗粒的大小可能帮助研究人员了解这颗红色星球大气中灰尘的特性和行为。”

  从雪的形成来看,二氧化碳浓缩需要某种成分,例如小硅酸盐或尘埃颗粒等。胡伦宇表示:“需要什么样的尘埃完成这类浓缩?是很小的尘埃颗粒?还是需要外面包着有助于云形成的灰尘的水分?就像地球上的雪影响热分布一样,火星上的雪粒或许有类似效果,以不同方式反射阳光,当然这取决于每个雪粒的大小。”

  为准确了解火星上二氧化碳的冷凝过程,胡伦宇分析了大量数据,其中包括历时5个火星年(相当于地球上9年多)火星勘测轨道飞行器每隔30秒获得的温度和压力分布图等。这些研究人员仔细检查了这些数据,以便了解使二氧化碳云粒形成的条件的地点和时间。

  这个研究小组还仔细查看了美国火星全球勘测者号卫星激光测高仪的测量值。通过向火星表面发射激光脉冲,然后确定这些光束的弹回时间,该卫星测量了这颗红色星球的地形。有时,这些光束从火星表面一个异常高的点弹回时速度就比预期的快。与此同时,激光测高仪会收到一种奇怪信号。科学家认为,这些激光束在大气中遇到了云。

  胡伦宇分析了这些云,寻找了证实二氧化碳冷凝的其他证据。他分析了观测到云的所有情况,然后设法将激光测高仪数据和同时得到的温度和压力数据进行了匹配。在11个实例中,温度和压力为二氧化碳提供浓缩条件时,激光测高仪就检测到云。然后,胡伦宇分析了每块云的透明度,也就是发射的光量,接着通过计算,确定了每块云中的二氧化碳密度。

  为了估算火星两极堆积的二氧化碳雪的总质量,胡伦宇使用了早些时候祖柏的研究小组对火星重力场季节性变化所做的测量值。因为每年冬天火星两极的雪都会堆积起来,所以这颗红色星球的重力场会发生微小变化。通过分析一年四季的重力差异,这些研究人员确定了火星南北两极的雪的总质量。胡伦宇用这个总质量计算出给定体积的积雪中的雪粒数量,最后确定了这些颗粒的大小。(孝文)