神秘臭氧激增现象出现在火星冬季的黑暗之中

学家最新观测发现，火星北极极涡中存在着异常神秘的臭氧激增现象。在冬季时，该区域的气温远低于涡外，并因极夜产生了异常高的臭氧浓度。科研团队近期对火星北极极涡进行了冬季观测。结果显示，从地表至约30公里高空的极涡内部，温度比涡外低约40摄氏度。由于北极长时间无法见到阳光，寒冷异常，导致大气中的少量水汽凝结并沉积在冰盖上。

火星北极景观图，由欧洲航天局"火星快车"探测器拍摄的图像结合美国宇航局已退役的"火星全球勘测者"任务搭载的火星轨道激光测高仪地形数据合成而成。图片来源：ESA/DLR/FU Berlin/NASA MGS MOLA科学团队

这一变化对火星大气的化学过程产生了重大影响。通常情况下，臭氧会在水汽与紫外线生成的分子相互作用时被分解。但当水汽消失，这种分解过程停止，臭氧便在极涡内迅速累积。

欧克斯福德大学的Kevin Olsen博士在2025年赫尔辛基举办的EPSC-DPS联合会议上表示：“极涡内从地表到30公里高度的气温，比外部低约40度。在这种极端低温下，大气中的水汽会凝结沉降，而水汽的缺失让臭氧得以大量积聚。”

臭氧是一种高度活泼的氧气形式，是火星大气化学反应速率的重要指示标志。Olsen补充道：“通过了解臭氧的含量及其变化，我们可以进一步了解火星大气的演变，以及火星是否曾拥有像地球一样的防护臭氧层。”欧洲航天局计划于2028年发射ExoMars Rosalind Franklin漫游车，重点寻找火星古生命迹象。如果火星曾拥有能够屏蔽紫外线的臭氧层，那么数十亿年前火星上生命得以存续的几率将更高。

火星极涡是火星季节性变化的产物，其自转轴倾斜角为25.2度。每逢北半球夏季结束，北极上空便会形成极涡，持续至春季。

温度测量示意图显示，北极涡旋内部（黄色线标示区域）的温度比涡旋外部低40摄氏度。图片来源：凯文·奥尔森（牛津大学）等人

在地球上，极涡有时会因不稳定而南移，给中纬度带来寒冷天气。火星极涡偶尔也会出现形状改变和位置偏移，使科学家得以窥探其内部结构。

Olsen介绍：“火星北极冬季呈现极夜状态，与地球极地冬季类似，非常难以观测。通过测量涡内外的温度与成分差异，我们能够揭开极夜中臭氧激增背后的秘密。”

Olsen团队利用ESA的ExoMars Trace Gas Orbiter轨道器，借助大气化学套件（ACS）在阳光从行星另一侧穿过大气时分析波长，推断大气分子性质与高度。但在北极极夜期间，太阳完全不升起，常规方法无法奏效，只能在极涡变形时抓住短暂机会。

为此，Olsen还参考了NASA火星勘测轨道器上的火星气候测量仪（Mars Climate Sounder），通过温度突降判断是否进入极涡内部。对比ACS与气候测量仪的数据，极涡内部的大气表现出与外部显著不同，为研究火星极夜期间大气化学变化及臭氧积累机制提供了宝贵线索。

编译自/ScitechDaily