火星天空中存在著一種每天出現、又在數小時內迅速消失的雲，其中，長度可達約 1,600 公里的大型雲帶長期困擾著科學家。近日，一項模擬研究揭示了這種雲的形成原理，相關成果發表於國際學術期刊《自然·地球科學》。
火星阿爾西亞山長雲的形成原理已被揭示
這種雲被稱為「阿爾西亞山長雲」（Arsia Mons Elongated Cloud，簡稱 AMEC），位於火星赤道以南、高約 20 公里的盾狀火山阿爾西亞山上空。2018 年，歐洲空間局（ESA）的「火星快車」探測器首次對其進行了系統觀測。AMEC 在火星春夏季節幾乎每天早晨出現，但形成僅數小時後便完全蒸發消失。它最長可達 1,600 至 1,800 公里，相當於火星周長的十二分之一，約為英國島嶼總長度的兩倍。
火星大氣中水汽極其稀少，因此像地球那樣由水滴構成的雲非常罕見，如此巨大的水汽雲如何形成，長期以來一直是個謎。研究團隊基於「火星快車」的觀測數據，開展了新的計算機模擬。論文第一作者豪爾赫·埃爾南德斯-貝爾納爾表示：「為了在模擬中正確再現 AMEC，我們必須納入一種僅存在於教科書理論中的奇特物理現象。將這一物理現象應用於模型後，我們實際觀測到的 AMEC 形態便如實出現了。」
AMEC 本質上是一種地形雲，由強風將水汽推上高聳山脊而形成。地球上也有類似的地形雲，例如直布羅陀巖上空的「萊萬特」雲。但火星 AMEC 的微觀形成過程與地球雲完全不同。地球雲通過「異質核化」形成，即空氣中的灰塵、鹽粒、煙灰等微小顆粒表面吸附水汽，進而形成冰晶。而火星儘管大氣中富含塵埃，卻並未以這種方式形成雲。
均質核化過程在火星大氣中首次被觀測到
埃爾南德斯-貝爾納爾博士解釋說：「AMEC 的形成不需要空氣中作為凝結核的物質。水汽不經過中間步驟，直接轉變為冰雲粒子，就像水滴不在玻璃窗表面，而是在房間中央的空氣中直接凝結一樣。」研究團隊將這種無需凝結核的過程稱為「均質核化」，並指出這是首次在行星大氣現象中實際觀測到該過程。
此前，學術界認為均質核化可能在地球上層大氣或金星天空中理論上存在，但需要比地球表面高出約 10 萬倍的極端相對濕度，現實中發生的可能性極低。在幾乎沒有水的現代火星大氣中，形成這種濕度同樣令人難以置信。然而，「火星快車」的數據給出了答案。阿爾西亞山高度超過珠穆朗瑪峯的兩倍，強風沿陡峭山坡上升，引發巨大的大氣波，將空氣拋射至高層大氣。研究團隊計算發現，這一過程中空氣溫度在短短 10 分鐘內最高驟降 30 度。
這種急劇冷卻不僅迅速凍結空氣中的水汽，還使波內濕度爆炸性升高，為「均質核化」創造了完美環境。研究團隊推測，形成雲的水汽一部分來自火星大氣，大部分則來自阿爾西亞山頂厚厚的霜層。
「火星快車」自 2018 年以來一直對 AMEC 進行密切觀測。此次模擬的成功被視為火星氣象學領域的重要成果。埃爾南德斯-貝爾納爾博士表示：「儘管我們掌握的火星大氣數據遠不如地球精細，但我們仍精確再現了 AMEC 現象，這是氣象建模的一大成功。」他補充說：「這項研究表明，即使物理學基本原理相同，其他行星的氣象系統也可能與地球完全不同。這對未來太陽系探索，以及尋找遙遠系外行星上生命存在的可能性，都具有重要啟示。」
