為什麼火星上會下雪

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雖然人類目前已經雄心勃勃地準備殖民火星，但令人驚訝的是，對於實際生活在這個星球上是什麼樣子，我們還需要學習很多。就以天氣為例吧。我們知道火星上氣候變化很大，有時候狂風獵獵，有時候烏雲滿天(雖然對於降雨而言太干太冷了)。但會下雪嗎？火星上的居住者是否能看到銀裝素裹的場景呢？一項新研究稱這是可以的。

火星足夠寒冷，可以下雪。火星上有冰，隨時間推移總量變化較大。當火星軸線傾斜，與軌道呈一個較小的角度時，除了極冠，其他地方都沒有冰。這也是近期的情形，軸線傾斜了25度(類似於地球的23度)。然而，可能是由於火星沒有一個較大的衛星來穩定自旋，有時候自轉軸可能會翻倒至60度，使得極地冰帽向外擴展，甚至可能擴張到赤道附近。

火星最近一次冰河時期結束於40萬年前。從此之後，極冠就變得較小，赤道附近尚存的冰都埋藏於土壤之下。

這個星球大氣的氣壓較低，並且十分乾燥。雖然在幾千米的高度上仍然可能存在雲層，但直到目前為止，一般都認為任何真正的雪花都無法到達地面。人們認為，當大氣中少量的水蒸氣凝結在被風暴帶上高空的塵粒上時(直接從水蒸氣變為冰)，就形成了這些類似於地球上的捲雲的雲層。

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冬季仙境？

但是從雲層中落下的冰粒只有幾毫米大小，下落速度僅為每秒鐘一厘米。在它們到達地面之前，早就被蒸發了(嚴格來講，這一過程應當被稱為「升華」，因為冰直接變為了水蒸氣，沒有融化)。散布在火星上的晚間和季節性冰霜早已被解釋為是迅速落下的水-冰粒子，這些粒子由於被覆蓋了大氣中的結冰二氧化碳而暫時變得更大更重，因而落下得較快。

一項發表在自然地球科學上的新研究發現了小粒水-冰無需奇特的結冰二氧化碳覆層就降落到地面的一種方式。如果屬實，這就意味著火星上也有了像地球上的那種真正的雪。該團隊利用兩個軌道飛船(火星勘測軌道飛行器和火星全球探勘者號)上的測量數據研究了火星大氣層中溫度隨高度的變化情況。他們發現在夜間，冰雲之下的大氣由於不那麼稠密，因而變得不穩定。

這就導致了空氣形成一個陡下坡，以10米/秒的速度攜帶冰晶到達地面，使之來不及「蒸發」。不過，雪層可能很薄，並不會持續很長時間，將很快升華到大氣中重新變成新的雲層和降雪。

這一現象類似於地球上的「微下擊暴流」，也就是雷暴下97km/h的下降氣流將樹木夷為平地。在某些地方這一過程能爆炸式攜帶雪花到達地面，將雪花打入足以融化雪花的溫暖近地空氣層，引發強烈的降雪。

雖然目前實際著陸火星的過程中並沒有看到雪花，但的確看到過雪花從天空中落下。NASA的鳳凰號火星登陸器在2008年著陸於北緯68度，雖然最著名的是在刮掉土壤的時候發現了表層下的冰，但它也研究了天空。它利用激光雷達LIDAR(類似於雷達但靠激光束的反射)探測大氣，至少在兩個夜晚觀察到了雲層下披掛的降雪帷幕。

如果確實發生了足夠強力的下沉氣流，那麼也許有一天清晨鳳凰號醒來時就會看到一片冬季仙境，而不是一般的千里赤地。至少有那麼幾個小時是的。

論文原文： doi:10.1038/ngeo3008

本文譯自 conversation，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。David Rothery(英國開放大學)

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