火星出现奇特千里长云 涉及前所未见物理机制

　　天文学家可能已经找到一种惊人的解释，说明火星上一道奇特的云为何能延伸数百英里、长度甚至超过美国加州的南北跨度，成为太阳系同类云层中规模最大者。它的形成方式，或许涉及科学家从未在任何行星大气中直接观测到的物理机制。

　　意外发现的神秘云层

　　2018年，天体物理学家豪尔赫‧埃尔南德斯‧贝尔纳尔（Jorge Hernández Bernal）首次在火星一片晴朗的天空中注意到这道异常的长云。当时火星南半球正值春季，欧洲太空总署（ESA）“火星快车号”（Mars Express）搭载的视觉监测相机（俗称Mars webcam）拍下了这个奇特现象。

　　这个现象长期未受关注，主要因为它出现的时间极短。这道水冰云每天日出时分在艾西亚山（Arsia Mons）山顶附近形成，三小时内便会消散。艾西亚山是一座高约11英里（约17.7公里）的巨大休眠火山。由于许多太空摄影设备受轨道与日照条件限制，通常要到下午才能拍摄该区域，因此往往错过这道清晨出现、转瞬即逝的云层。

　　不是火山喷出的水蒸气

　　贝尔纳尔与团队多年来持续追查其成因。首先可以排除的是火山喷出的水蒸气，因为艾西亚山早已沉寂，并无现存的火山喷发活动。

　　真正的答案可能更出人意料：其形成机制或许涉及一种过去仅存在于理论中、从未在行星大气中直接观察到的物理过程。这项研究的结果于10月7日刊登在《自然‧地球科学》（Nature Geoscience）期刊上，也再次提醒科学家在探索其它星球时，不应轻易排除罕见甚至尚未证实的极端物理过程。

　　关键可能是“均相成核”

　　论文指出，解开谜团的关键可能是“均相成核”（homogeneous nucleation）：水蒸气直接在空气中凝结、冻结成冰晶，过程中完全不需要附着在灰尘或气溶胶等微粒上。

　　在地球上，云雾通常是水蒸气冷却后附着在盐粒、花粉或尘埃等微粒上（称为“异相成核”/Heterogeneous Nucleation）逐渐形成。由于火星大气中充满悬浮尘埃，研究人员起初认为微粒应是关键。然而，团队以电脑气象模型模拟这道“艾西亚山延伸云”（AMEC）时，始终无法重现它异常漫长的尾部，这显示原有的模型缺少了某个核心环节。

　　大气引力波与极端过饱和状态

　　目前任职于巴黎索邦大学的贝尔纳尔与团队持续研究发现，当强风吹过高耸的艾西亚山时，会在气体大气中激发出强大的大气引力波（Atmospheric Gravity Waves），将富含水汽的空气在几分钟内抬升数公里，产生极快速的绝热冷却（Adiabatic cooling）。

　　这种剧烈的动态变化造就了极端的冰过饱和状态（Supersaturation，饱和比高达10⁵的量级），使得“均相成核”得以发生。研究人员将这种成云方式比喻为：水滴不是像平时那样附着在窗户表面结露，而是直接在房间中央凭空凝结。

　　这项发现证明了“均相成核”确实会在大气中自然发生，不仅解开了火星千里长云的谜团，也为理解太阳系其它星球（甚至地球高层大气）的云物理过程提供了全新的视角。

　火星休眠火山艾西亚山（Arsia Mons）上空出现的细长云层，其成因相当奇特，可能涉及科学家从未观测过的物理机制。(ESA/DLR/FU Berlin/A. Cowart)