火星大氣層非常稀薄，其密度幾乎是地球上的百分之一，而引力約只有地球的三分之一，因此，火星沙塵暴可以也可能會(huì)蔓延到火星全球。對(duì)于未來的火星任務(wù)，了解或許這個(gè)星球的大氣環(huán)境并預(yù)測(cè)它的“情緒”很重要。由西班牙天體物理學(xué)研究所(IA)和里斯本大學(xué)加布里埃拉·吉利(Gabriella Gilli)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究，可能會(huì)改進(jìn)我們描述和預(yù)測(cè)火星天氣的方式。

其研究成果發(fā)表在《地球物理研究》期刊上，這項(xiàng)研究表明：在火星稀薄大氣中向上移動(dòng)的重力波，由空氣擾動(dòng)引起，可以對(duì)整個(gè)大氣產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。理解這一過程可能會(huì)解釋在火星這顆紅色星球上觀察到的太空任務(wù)，與科學(xué)家們用來弄清楚火星大氣是如何運(yùn)做的計(jì)算機(jī)模擬之間的一些不同之處，大氣重力波是空氣密度和溫度在大氣中傳播的微小波動(dòng)。

（上圖所示）這張火星沙塵暴照片是由美國(guó)宇航局火星勘測(cè)軌道器拍攝的，在極地附近可以看到水冰云，凹槽是由壓力或溫度振蕩產(chǎn)生，這是重力波的特征，這些波浪很可能是由風(fēng)吹過隕石坑山脊引起。圖片：NASA/JPL-Caltech/MSSS

這些波可以由許多過程產(chǎn)生，比如暖空氣和冷空氣的相互作用，或者山脈上的空氣流動(dòng)，所有這些都擾亂了大氣的穩(wěn)定分層。當(dāng)這些波傳輸和釋放能量時(shí)，它們會(huì)使風(fēng)加速，或減緩為微風(fēng)。因此，眾所周知，它們?cè)诘厍蛞约盎鹦呛徒鹦堑娜虼髿庋h(huán)中扮演著重要角色。研究把重點(diǎn)放在對(duì)大氣三維模擬與火星勘測(cè)軌道器火星氣候探測(cè)儀觀測(cè)結(jié)果之間的比較。

（上圖所示）火星大氣密度幾乎是地球密度的百分之一，在這張1976年由NASA的海盜1號(hào)任務(wù)拍攝的圖像中，可以看到它是一個(gè)半透明的層。圖片：NASA/Viking 1

對(duì)流產(chǎn)生重力波模型中包含的內(nèi)容，為觀測(cè)和模擬之間的一些剩余分歧，提供了一個(gè)看似合理的物理解釋。根據(jù)目前的研究，這些波動(dòng)似乎與整個(gè)大氣周期性振蕩相互作用，稱為日潮汐，這種振蕩是由晝夜溫差引起的。在火星上，由于其薄薄的包層，這些潮汐比地球上的強(qiáng)得多。這項(xiàng)研究表明，重力波對(duì)火星日潮汐的影響，往往會(huì)減緩50公里以上高度的風(fēng)，這與在火星上實(shí)際觀察到的情況更一致。

（上圖所示）重力波特有的大氣密度變化可能會(huì)在云層上留下痕跡，因?yàn)樵谟《妊笊峡盏倪@塊云層上可以看到指紋，這是美國(guó)宇航局泰拉任務(wù)所拍攝的。圖片：NASA/GSFC/LaRC/JPL, MISR Team

研究使用了巴黎梅托洛基動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室(LMD)開發(fā)的三維模型，該模型正在不斷更新，以便更真實(shí)地代表火星氣候。它是對(duì)流引起重力波的計(jì)算機(jī)表示，其特性可以在檢查模擬天氣輸出（即風(fēng)速、密度和溫度振蕩）是否更接近航天器記錄的數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。這些行星模型也是理解這些世界和地球之間的差異和相似之處，以及理解地球演化的關(guān)鍵。

將繼續(xù)研究地球鄰近行星的氣候模型，并利用來自未來任務(wù)（如火星2020號(hào)）的新數(shù)據(jù)。將這些模型應(yīng)用于類似地球的太陽系外行星也至關(guān)重要，這樣才能預(yù)測(cè)未來幾年計(jì)劃用來研究遙遠(yuǎn)世界的儀器能觀測(cè)到什么。

博科園｜www.bokeyuan.net

博科園｜研究/來自：西班牙航空航天研究所

參考期刊《地球物理研究》

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