首張“全球風圖”，或解開火星大氣層丟失之謎，火星氣候竟比地球還要穩定？

也許很難想象，火星，這個寒冷又佈滿塵埃的荒涼星球，曾經是另一番繁榮景象。科學家認為，約四十億年前，火星上空曾經存在厚厚的大氣層，這保護了火星免受破壞性的輻射，並且使水能夠在火星地表流動——火星可能存在過生命。

而現在，一切都變得不一樣了。這顆紅色星球的大氣層比地球稀薄100倍，由95%的二氧化碳組成。乍一聽，火星的氣候可能十分惡劣，但根據最新資料，這個星球的氣候可能要比地球的穩定得多。

火星的大氣層到底經歷了什麼？

這個問題困擾了科學家們許多年。一張繪製著火星表面氣流的氣流圖也許能夠幫助我們揭示火星是如何以及何時丟失大氣層的。

科學家們利用美國宇航局火星大氣和易失性演化航天器收集的資料，繪製出了第一張可以測量火星上層大氣的全球環流的氣流圖。這幅氣流圖第一次把地球大氣層和火星大氣層進行了對比——這可能會讓科學家改變目前研究火星的氣候模型。

發表在《科學》雜誌上的一項研究詳細介紹了這張氣流圖。

繪測火星

MAVEN探測器（以下簡稱MAWEN），於2013年11月發射，圍繞火星軌道執行並研究火星大氣層。2015年6月，他的科研使命又被延長了兩年。

起初，繪測火星氣流並不是MAVEN的任務。但美國航天局戈達德太空飛行中心的行星科學家、這項研究的主要作者梅赫迪·本納（Mehdi Benna）曾設想過，為了收集必要的資料，我們可以用不同的方式執行MAVEN。

“我們提出了一個想法，如果我們以不同的方式操作這個平臺，我們也許可以做一些不同的事情。”本納告訴我們。

MAVEN身後的硬體團隊驗證了這種可能性，並在2016年春天宣佈這一理論是可行的。而氣流圖上使用的測量資料便是在接下來的兩年裡收集的。

“整件事最有意思的就是，我們之前從沒想過MAVEN還可以去收集氣流資料。”本納說到。

在環繞火星軌道期間，MAVEN在距火星表面約140-200公里的高空潛入大氣層，測量風速。

它傳回的資料揭示了火星和地球大氣層的一個非常有趣的不同點。研究顯示，火星上的全球風環流比地球上的要簡單得多，而且在每一年，每一個季節都相對穩定。

本納說，這是因為那些使地球大氣層更加複雜，並導致其變化的因素——比如海洋和大陸——都已經從這顆紅色星球上消失了。

研究團隊注意到氣流會隨著火星地勢的變化而變化。火星與地球的地形有著驚人的相似之處，火星擁有太陽系中最高的山——奧林匹斯山，高達16英里(約26公里)，水手峽谷的深度是美國大峽谷的四倍，同時希臘平原是火星上最大的隕石坑，直徑1400英里。

“這非常令人吃驚，”本納說。“當我們在地面上飛行時，氣流會根據下面的山脈改變方向。”

火星地形是如何影響風向的

研究表明，雖然火星上的重力波在低海拔地區產生，但他們會根據不同的地形特徵產生漣漪效應，重力波通過這一特點，隨著地勢的不斷增高，最終影響到高海拔地區。這些波浪能夠到達數百公里高的高空，擾亂火星上層大氣的風向。

本納把這一現象比作在水族箱的底部吹泡泡，看著泡泡飄到水族箱的頂部直到浮出水面，然後打翻一條漂浮在水面上的小船。

雖然MAVEN不承擔成像任務，飛船上也沒有任何攝像頭，但通過MAVEN推算出的風向規律使科學家能夠把火星地形視覺化。“我們通過這些能夠反映火星地形的重力波來感知山脈的存在，”本納說。“我們可以看到火星地表，只不過我們看到它的方式不同罷了。”

測量氣流也許不能直接揭示火星是如何失去大氣的，但對於能夠回答這個問題的模型來說，這些資訊至關重要。

“既然有了這些幫助優化模型的資料，”本納說。“那麼我們就能夠做出更準確的預測。”

建立一個更精確的火星遠古氣候模型也有助於科學家確定火星上是否存在過生命——在火星還擁有比地球更厚的大氣層，以及潛在的地表水的時候。

“要了解火星是否是一個更宜居的星球，你必須先了解火星是如何失去大氣的，”本納說到。“但這都與它過去的氣候有關。”

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. 咩咩- Passant Rabie