北京
这种云形成背后的物理过程此前从未在任何行星大气中被观测到。
在火星的沙尘季节——即这颗红色星球南半球的春夏两季——一团薄薄的水冰云会出现在巨大的阿尔西亚山火山的下风处。这团被恰如其分地命名为“阿尔西亚山 elongated cloud”（AMEC）的纤细白线每天日出时形成，仅用三小时就增长到最长1，100英里（1，800公里），随后与火山脱离，然后消失。
据欧洲空间局称，该机构的“火星快车”轨道器早在2018年就首次发现了AMEC。自那以后，它怪异的行为一直令科学家困惑不已。研究卫星的观测结果表明，它是一种地形云，即当一团空气被高地地形强迫抬升时形成的云。地形云在地球上也会出现，其形成背后的物理机制已被充分理解。但试图模拟AMEC形成方式的尝试却无法准确再现这团云。
事实证明，研究人员可能一直依赖了错误的物理学。
在周三发表于《自然·地球科学》杂志的一项研究中，一个行星科学家团队终于成功模拟了“火星快车”长期以来观测到的现象。据论文第一作者、法国巴黎索邦大学的豪尔赫·埃尔南德斯-贝尔纳尔称，诀窍在于纳入了一些奇异的物理学——那些被认为不可能在实际大气中起作用的理论现象。
“这确实从未被观察到实际发生，”埃尔南德斯-贝尔纳尔在一份欧空局声明中说。“一旦我们把这种物理学纳入模拟，AMEC就如我们所希望的那样出现了。”
无需凝结核
在地球上，云通过异质核化形成，即水蒸气凝结在大气中的微小尘埃、海盐或其他干燥物质颗粒上。然而，从理论上讲，云也可以在没有这些颗粒（即凝结核）的情况下形成。这一过程被称为同质核化，它需要极端水平的大气湿度，因此在地球条件下不被认为是可行的成云过程。
“水蒸气直接转变为冰云粒子，没有任何中间步骤，”埃尔南德斯-贝尔纳尔解释说。“这类似于凝结水滴出现在房间中央，而不是窗户上。”
那当然会很奇异。但一种现象没有在地球上自然发生，并不意味着它不能在太阳系其他地方发生。事实上，当埃尔南德斯-贝尔纳尔及其同事将同质核化纳入火星气象模型时，他们成功再现了AMEC的独特特征。
“这一发现表明同质核化发生在火星上，提供了行星大气中水蒸气同质核化的首个证据，并挑战了当前关于成云过程的假设，这也与地球上某些云以及可能在其他行星上的云有关，”研究人员在报告中写道。
火星大气潮湿的证据
此前的研究表明，火星上的同质核化需要大气饱和度达到正常条件下冰形成所需水平的大约10万倍。由于火星大气中尘埃丰富，这样的水平被认为不合情理，因为在达到那些极端湿度水平之前，异质核化就会耗尽多余的水蒸气。
然而，观测和模型模拟都表明，火星大气中可能出现相当程度的“过饱和”。新发现为这一证据增添了内容，指出由过饱和促成的同质核化是AMEC形成的物理机制。
“我们此前未在火星上见过这些条件，但我们的发现现在强烈表明，这颗行星的湿度确实可以达到这些极端水平，”埃尔南德斯-贝尔纳尔说。
他的团队认为，当风掠过阿尔西亚山时，海拔的急剧上升会产生一股强大的波，将潮湿的气块迅速抬升到大气高处。大气随后突然冷却，湿度水平骤升，导致水蒸气自发冻结成云粒子并形成AMEC。
证实这一假说需要进一步研究，但这项工作为火星大气最大的谜团之一提供了一个引人入胜的解释。
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