主要由二氧化碳组成的火星表面霜冻在NASA 2001年奥德赛轨道飞行器上的热发射成像系统（THEMIS）相机的这些图像中呈现蓝白色。THEMIS在人眼可感知的可见光和热敏红外线下拍摄图像。图片来源：NASA/JPL-Caltech/ASU

一项使用美国宇航局火星奥德赛轨道飞行器数据的新研究可能解释了为什么火星霜冻肉眼不可见，以及为什么尘埃雪崩出现在一些斜坡上。

去年，科学家们在分析了NASA的火星奥德赛轨道飞行器在黎明时分获得的火星景观照片后感到困惑。当他们用可见光凝视表面时，他们可以看到幽灵般的蓝白色晨霜被冉冉升起的太阳照亮 - 这是人眼感觉到的那种。然而，当使用轨道飞行器的热敏相机时，冰出现得更广泛，包括在以前没有观察到的地方。

科学家们知道，他们正在研究一夜之间形成的霜冻，它主要由二氧化碳形成 - 本质上是干冰，它经常出现在红色星球上的霜冻而不是水冰。但是，为什么在某些地方可以看到这种干冰霜，而在其他地方却看不到呢？

在最近发表在《地球物理研究杂志：行星》（Journal of Geophysical Research： Planets）上的一篇论文中，这些科学家提出了一个令人惊讶的答案，该答案也可能解释了日出后如何引发重塑地球的尘埃雪崩。

这些深色条纹，也称为“斜坡条纹”，是由火星上的尘埃雪崩引起的。美国宇航局火星勘测轨道飞行器上的HiRISE相机于2017年12月26日捕获了它们。图片来源：NASA/JPL-Caltech/UArizona

从霜冻到蒸气

Odyssey于2001年发射，是美国宇航局寿命最长的火星任务，并携带热发射成像系统（THEMIS），这是一种红外或温度敏感的相机，可提供火星表面的独一无二的视图。奥德赛目前的轨道为火星时间7.m提供了独特的视角。

“奥德赛的早晨轨道产生了壮观的照片，”南加州NASA喷气推进实验室的Sylvain Piqueux说， 他领导了这篇论文。“我们可以看到日出的长影，因为它们延伸到表面。

由于火星的大气层太少（密度仅为地球的1%），太阳迅速变暖了一夜之间积聚的霜冻。干冰不会融化，而是在几分钟内蒸发到大气中。

与Piqueux合作的JPL实习生Lucas Lange首先注意到许多在地表看不到霜冻的地方的低温特征。这些温度出现在地下几十微米的地方 - 小于“地表以下”人类头发的宽度。

这些深色条纹，也被称为“斜坡条纹”，是由火星上一个名为Acheron Fossae的区域的尘埃雪崩引起的。2006年12月3日，美国宇航局火星勘测轨道飞行器上的HiRISE相机捕获了它们。图片来源：NASA/JPL-Caltech/UArizona

“我们的第一个想法是冰可以埋在那里，”兰格说。“火星两极附近的干冰很丰富，但我们更靠近地球的赤道，那里通常太热了，无法形成干冰霜。

在他们的论文中，作者提出他们看到了“肮脏的霜冻” - 干冰霜混合着细小的尘埃颗粒，在可见光下遮挡了它，但在红外图像中却没有。

解冻霜冻和雪崩

这种现象导致科学家们怀疑肮脏的霜冻也可能解释了一些可以在火星斜坡上延伸3，300英尺（1，000米）或更远的黑暗条纹。他们知道这些条纹基本上是由尘埃雪崩引起的，这些雪崩慢慢地重塑了整个星球的山坡。科学家认为，这些尘埃雪崩可能看起来有点像一条拥抱地面的尘埃河流，在后面释放出一条蓬松的物质。当尘埃在几个小时内向下移动时，它会暴露出下面较暗的物质条纹。

这些深色条纹与一种记录较好的称为重复性斜坡线的品种不同，后者在相同的地方，一季又一季地重复出现，一次数周（而不是数小时）。曾经被认为是由盐水从山坡上缓慢渗出的结果，现在通常认为反复出现的斜坡线是由干燥的沙子或灰尘流动引起的。

作者在最近的研究中绘制了斜坡条纹，发现它们往往出现在早晨霜冻的地方。研究人员提出，这些条纹是由于蒸发的霜冻产生足够的压力来松动尘埃颗粒，导致雪崩。

这些假设进一步证明了这颗红色星球是多么令人惊讶。

“每次我们向火星发送任务时，我们都会发现奇异的新过程，”弗拉格斯塔夫北亚利桑那大学的论文合著者克里斯爱德华兹说。“我们没有任何东西与地球上的斜坡条纹完全一样。你必须超越你在地球上的经历来思考火星。

参考文献：“通过昼夜CO2霜冻和斜坡条纹的形成对火星风化层的园艺”，作者：L. Lange，S. Piqueux，C. S. Edwards，2022年3月27日，地球物理研究杂志：行星。
DOI： 10.1029/2021JE006988

JPL为华盛顿的NASA科学任务理事会管理2001年火星奥德赛任务。热发射成像系统（THEMIS）由亚利桑那州立大学开发。THEMIS调查由亚利桑那州立大学的Philip Christensen博士领导。丹佛的洛克希德·马丁航天公司是奥德赛项目的主承包商，并开发和建造了轨道飞行器。任务行动由洛克希德马丁公司和帕萨迪纳加州理工学院的一个部门JPL联合进行。