火星居然会降雪,和地球的雪还不太一样,人眼是看不到的


火星居然会降雪,和地球的雪还不太一样,人眼是看不到的

犬狂

洁白如玉的雪还有一个很奇怪的别名——“犬狂”,它的由来是因为雪在岭南地区非常罕见,故南宋诗人杨万里曾有诗云:“粤犬吠雪非差事。”而唐文学家柳宗元则说得更为详细:“大雪逾岭,被南越中数州,州中之犬,皆仓黄吠噬,狂走者累日。”从此之后,“犬狂”在岭南地区就成了的别名。

而火星的雪大家可能还闻所未闻,见所未见。

火星雪

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火星雪的假想图

火星的雪很像尘雪,它类似于夏天冰棍发出的“白雾”一般,都是由干冰(二氧化碳)小颗粒构成的,而不是气态的其它物质。要知道,火星上的雪云是由二氧化碳构成的,因此,火星雪的化学成分不同于地球上的雪,它属于二氧化碳成分的降雪,并且火星是太阳系中唯一拥有干冰雪的星球。

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火星

火星是一颗橘红色的寒冷星球,平均温度在零下56摄氏度,属于沙漠行星,并没有稳定的液态水体,那么火星上的降雪又是怎么形成的呢?

这要从火星的大气层说起:

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火星大气层

火星大气层与地球大气层相比有几个重要的不同点:

1.火星大气压很低,大气层的主要气体二氧化碳参与凝集和升华过程,这会造成大气压有很强的季节变化;

2.火星表面温度的日变化可达-173℃;

3.火星中层大气中没有一个温度峰值,而在地球会由于臭氧而产生一个温度极大值。

火星大气层很稀薄,主要由二氧化碳和少量的氮气、氩气和氧气构成,密度只有地球大气的1%,由于火星体积比地球小一半,可是陆地表面积反而更大,因此火星核心冷却得比地球快,且地质活动趋缓,磁场和板块运动基本消失,所以无法直接形成地面到大气层的二氧化碳循环。

火星那薄薄的大气层虽然也能制造出温室效应,但仅能提高其表面5℃的温度,比金星和地球的温室效应要少得多,因此火星表面的液态水根本无法稳定存在。

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火星的北极和南极

但是火星的北极和南极却被一层固态二氧化碳(干冰)覆盖着,在干冰下面绝大部分都是水冰,干冰层在北极约有1米厚,在南极约有8米厚。它们都是在冬季时凝结而成,到夏季则再度升华进入大气,不过火星南极的干冰层并不会完全升华,夏季仍存在的部分被称为永久极冠。

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火星北极和南极

火星北极冠宽达1,100公里,厚达2公里,体积约82.1万立方公里;南极冠宽达1,400公里,最厚达3.7公里,体积约1.6百万立方公里。两极冰冠皆有独特的螺旋状凹谷,这是由光照与夏季接近升华点的温度使沟槽两侧水冰发生差异融解和凝结而逐渐形成的。

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火星大气环流

并且火星也有也有四季之分,只是季节长度约为地球的两倍。随着季节的交替,到夏天时,火星北极干冰层会完全升华为二氧化碳气体,并进入大气层向南极流动,这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星大气压改变了25%左右,由此给火星雪的产生提供了足够的干冰粒子以及二氧化碳云层。

形成

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火星大气湍流假想图

火星在夏日的温度大概是27℃,冬日的温度约是零下133℃,温差的急剧变化产生了火星上的季节性变化带,致使火星大气层内丰富的二氧化碳转化为干冰,进而形成干冰雪花,同时大气中干冰云粒子的融化会在云内产生不稳定的湍流,并形成与地面垂直的飙风,这些飙风以每小时36公里在云层与地面间上升或者下降,此时干冰粒子会被猛烈的下沉气流“捕获”,因此干冰雪并不会持续很久。它们有些在半空中就化为气态,而落在地面上的干冰雪,一旦太阳升起时,都会消失不见。

麻省理工的科研小组使用来自美国宇航局的火星全球探勘者卫星(MGS)和火星勘测轨道飞行器(MRO)发回的数据发现,火星在南极的降雪累积量要多于北极地区累积量的50%。同时也会有季节性的变化——在冬季,火星降雪的范围延伸至非常低的纬度,能达到距离赤道中点的位置(和地球上的情况类似)。

一名研究人员甚至算出了火星雪花颗粒的大小,在北极,雪花颗粒的大小是8到22微米,而在南极雪花颗粒的大小是4到13微米,和人类的血小板差不多大。

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火星北极的干冰升华

从这张图片中我们可以看出,成排的“针叶林”从火星表面的沙丘上长出。而事实上,这样的场景只是一种光学错觉。这张照片实际显示的,是距离火星北极不足400公里的沙丘上覆盖的一层薄薄的干冰。

这些“树木”其实是干冰直接升华成气体而形成的。当这一过程发生时,沙砾受到扰动,通过小通道沿斜坡向下滑落,当到达底部时就会分散开来。但这一过程还扰动了尘土,同沙砾一同流动。最后就会形成这些“树枝”,树枝的顶部还有红色斑点,这很可能是由于较轻的尘土被扬起,降落在顶部而导致的。

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火星南极干冰升华

这张照片显示的是火星南极干冰帽,是干冰的升华形成了这一神奇地貌。当干冰从南极冰层底部开始融化时,会直接转变成气态。二氧化碳气体在干冰层下部“流动”,再从缝隙溢出,将干冰所覆盖的火星地表侵蚀成蜘蛛网状的沟槽。二氧化碳气体还会携带尘土溢出,并降落在干冰表面,形成扇状的沉积。该照片是高分辨率成像科学实验照相机2009年2月拍摄的,照片涵盖了约1公里见方的火星地表。

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火星地表干冰升华

这张照片显示的是在火星一个陨坑内的沙丘上覆盖的干冰霜。在夏季时,火星地表上的干冰会直接升华成气体。照片上的蓝色条纹显示的是二氧化碳气体溢出的区域。照片是由火星勘测轨道飞行器上的高分辨率成像科学实验照相机于2010年1月1日拍摄的。

结语

人类在火星上展开了一系列的探索之旅,任何的发现都可能会改变人类历史的进程。随着火星神秘面纱被逐渐揭开,我们会发现人类在宇宙中并不孤独。

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页面更新:2024-05-02

标签:火星   南极   地球   大气压   气态   干冰   北极   冰层   大气层   沙丘   颗粒   气体   大气   温度   照片

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