火星的云层奇怪地像地球,尽管大气层大不相

年5月29日拍摄的火星快车图像，显示北极冰盖右侧有一场风暴。（图片来源：ESA/GCP/UPV/EHUBilbao）

尽管有完全不同的大气层，但火星和地球似乎具有相似的云模式，暗示这些特征可能以大致相同的方式形成。

欧洲航天局（ESA）的火星快车航天器和NASA的火星勘测轨道飞行器获得的观测结果出乎意料。也许最令科学家惊讶的是，在火星干燥干旱的大气层上观察到的云层与在地球上非常不同的环境中发现的云相似。

“当想到地球上类似火星的大气层时，人们可能很容易想到干燥的沙漠或极地地区，”火星快车项目科学家科林威尔逊在一份声明中说，“因此，非常出乎意料的是，通过跟踪沙尘暴的混乱运动，可以与地球潮湿，炎热且绝对非常不像火星的热带地区发生的过程相提并论。

在这项研究中，科学家们研究了年春天在火星北极附近发生的两次沙尘暴。为了从红色星球周围的轨道上观察风暴，他们查看了火星快车的视觉监控相机（VMC）和高分辨率立体相机（HRSC）以及MRO的火星彩色成像仪拍摄的图像。

VMC图像显示风暴在一个循环中增长然后消失，在几天内重复时表现出共同的特征和形状。在更宽的HRSC图像中可以看到长度在1，至3，英里（1，至2，公里）之间的螺旋形状。这些螺旋的形成方式似乎与地球上中纬度和极地纬度的温带气旋相同。

这些图像还显示，火星上的沙尘暴由规则间隔的较小云单元组成，这些云单元像鹅卵石一样排列，形成花园路径状的纹理，在地球上空的云层中也可以看到。

这些模式是在热空气上升时产生的，更密集的冷空气落在细胞状单元中-这种现象称为闭孔对流。研究人员解释说，当热空气通过这些细胞的中心上升时，冷空气通过单个细胞之间形成的“途径”落下。

年5月火星北极的火星（左）和我们自己星球（右）的云模式比较。

在地球上，这种对流导致云的形成，因为上升的热空气含有水，然后水凝结并落下雨。然而，在火星干燥干旱的环境中，这些上升的热空气柱携带尘埃。随着空气冷却和下沉，它携带的灰尘更少。结果，细胞在火星上空形成，在地球上空的云层中可以看到熟悉的颗粒图案，尽管成分是尘土飞扬的，而不是水的。

在火星上空看到的尘埃细胞作为测量工具很有用，因为它们在图像序列中的运动使科学家能够测量火星风速。这个过程揭示了风速高达87英里/小时（公里/小时）;这些高速风导致对流单元在风吹的方向上拉长。

用VMC拍摄的图像中的阴影长度，当测量并与太阳的已知位置进行比较时，也揭示了火星尘埃云的高度-大约4到7英里（6到11公里）-并显示公约细胞大约12到25英里（20到40公里）宽。

“尽管火星上的沙尘暴行为不可预测，伴随着强阵风，但我们已经看到，在其复杂性中，可能会出现锋和细胞对流模式等有组织的结构。”VMC科学团队负责人AgustínSánchez-Levaga和该研究的主要作者在声明中说。

年5月26日，一场沙尘暴斜切火星快车拍摄的图像。（图片来源：ESA/DLR/FUBerlin）

地球和火星并不是太阳系中唯一看到这种细胞对流的地方;欧空局的金星快车航天器在金星云中发现了类似的模式。

“我们对火星干对流的工作是对行星大气中发生的类似现象进行比较研究价值的进一步例子，以便更好地了解它们在不同条件和环境下的机制。”Sánchez-Levaga说。

这种对火星云层的洞察使行星科学家对火星大气的动力学有了更好的了解。此外，对火星沙尘暴的了解可以帮助为未来的红色星球任务提供信息。

沙尘暴可以阻挡来自太阳的光线，而太阳光是为探索火星表面的机器人漫游车的太阳能电池供电所必需的。沙尘暴对火星的潜在破坏性影响在年得到了证明，当时一场全球性的事件阻挡了阳光，并在机遇号火星车的太阳能电池板上覆盖了灰尘，结束了它的任务。

预测这种沙尘暴的演变可以保护太阳能任务免受这些强大的自然事件的影响，甚至帮助未来的火星宇航员应对沙尘暴。

该团队的研究于周二（11月15日）发表在《伊卡洛斯》杂志上。