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2018-04-07

[天文地理知识]快来感受火星表面的气候状况吧

  [天文地理知识]快来感受火星表面的气候状况吧


  火星,是离太阳第四近的行星,为太阳系中四颗类地行星之一。西方称火星为玛尔斯,是罗马神话中的战神;古汉语中则因为它荧荧如火,位置、亮度时常变动让人无法捉摸而称之为荧惑。火星在太阳系的八大行星中,第二小的行星,其质量、体积仅比水星略大。
 

火星表面稀薄的大气层和尘土遍布的红色地表
 

  本图拍摄于1976年6月,由海盗1火星探测器操作。图片展示了火星表面稀薄的大气层和尘土遍布的红色地表。——图片来源: (美国)国家航空和航天局的海盗1火星探测器拍摄


  基于火星与我们的星球具有诸多共性,它也经常被称为“孪生地球”。它们都是类地行星、都有极地冰冠;以及两者一度在各自的地表都有活性大气和液态水。而在其他方面,两者则有很大区别。尤其在各自的大气和气候方面,火星可以说是与地球截然不同。


  举个例子!每当谈到火星的天气,预测内容通常是都极富戏剧性。不但火星的天气(Martian weather)日日不同,有时就连每个小时间都变化各异。对于一个表面气体密度只有地球大气1%的星球来说,这看起来有点不同寻常。但是当极端天气和气象现象来临时,火星却实实在在地掌握着主动权。


  | 火星的大气层 |


  火星的大气层非常稀薄,包括96% 的二氧化碳、 1.93%的氩和1.89%的氮,附带些微的氧和水。空气中布满了灰尘,包括直径1.5微米的颗粒。正是这些颗粒将火星表面的天空染成了黄褐色。火星的气压在0.4 到0.87 kPa之间,这个数值范围相当于地球海平面测量值的1% 。
 

甲烷进入和脱离火星大气层的可能途径
 

  本图阐明了甲烷进入和脱离火星大气层的可能途径。——图片来源:(美国)国家航空和航天局NASA/JPL-Caltech/SAM-GSFC/Univ. of Michigan


  正是因为火星大气层如此稀薄,且距离太阳更远,所以它的地表温度比我们在地球上所能体验到温度的更低。该星球的平均温度只有-46 °C (-51 °F),冬季时两极地区的温度低达 -143 °C (-225.4 °F) ,而夏季正午时分赤道的温度则高达 35 °C (95 °F)。


  由于两极地区的温度极低,空气中25-30%的二氧化碳凝固成了干冰沉积在地面上。火星极冠地区以水为主,北极区域的干冰层冬季厚度可达一米;而南极则常年覆盖着厚达八米的干冰层。


  火星的大气层里,还探测到了微量的甲烷和氮。对于前者甲烷,发表于2014年12月16日的《好奇号火星探测器监测到的“巅峰成果”》里给出的预估浓度为30ppb。此次监测数据是非常局部的,而且甲烷的来源一直是个谜。 同样的,氨的来源也无法确定。虽然火山活动可能是原因之一,但这也只是一种提议。


  | 火星气象现象 |


  火星那剧烈的沙尘暴气候也非常有名,范围涵盖了从小龙卷风到全球性沙尘现象。以后者为例,这种气候现象其实就是粉尘被吹到大气当中,经由太阳光照射而导致温度升高。较温热的粉尘混合空气上升而且风力越来越强,然后形成了范围宽达数千公里的沙尘暴,而且每次这种气候现象都能持续数月。当达到这种规模时,一眼望去沙尘暴几乎能把火星遮住。
 

天文地理知识火星的一次沙尘暴活动
 

  该图捕捉到了火星的一次沙尘暴活动——图片来源:(美国)国家航空和航天局NASA/JPL-Caltech/MSSS


  由于空气稀薄、低温且缺少磁气层等原因,火星上不会出现降雨等液体沉淀现象。一般来说,太阳辐射会把大气里的所有水都会被分解成氢和氧。由于寒冷和稀薄的大气,使得表面上没有足够的液态水来维持一个水循环。


  然而有时候大气中会有薄云形成,并且以雪的形式降回地面。其中主要成分是“干冰雪花”,而且已经在极地区域发现该物质踪迹。不管怎样,以前人们在火星的上层大气中也发现过含水冻云的些微痕迹,但降雪现象则只在高纬度地区。


  该现象曾在2008年9月29日被观测到。当时从在海姆达尔陨石坑附近的着陆点上方4公里(2.5 mi)高的云层中散落着雪花,而凤凰号火星登录器用照片的形式记录下了这一刻。然而,登录器收集的数据显示:降雪在抵达地面之前就已经汽化蒸发了。


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