你可能也好奇过,天上的云到底是怎么来的。说人话就是:水汽得找个"落脚点"才能变成云滴,这个落脚点通常是空气里飘着的灰尘、盐粒、花粉或者烟灰。没有这些"杂质",水汽就算过饱和,也很难自己抱团变成云。

但火星上有一朵云,偏偏不走这条路。

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它叫阿尔西亚山 elongated cloud,简称 AMEC,是一缕水冰组成的云,出现在火星南半球春季和夏季,位置在阿尔西亚山火山的背风侧。这座火山高约 20 公里,是塔尔西斯三座巨型盾状火山中最靠南的一座。

这朵云有个很戏剧化的作息:它在一个火星日之内形成、拉长、消散,最长能伸展到 1800 公里,然后蒸发掉。第二天早上,同样的剧情再来一遍,如此重复好几个月。

它被盯上,已经好几年了

欧洲空间局的火星快车号轨道器在 2018 年第一次拍到它,之后一直在持续观测。

行星研究者早就给它归了类:这是一朵地形云,地球上也有——风爬过山脉或火山时,空气被抬升、冷却,水汽凝结成云。逻辑很顺,看起来没什么问题。

问题出在模拟上。研究人员按照"地形云"这个假设去跑计算机模拟,结果怎么都复现不出火星快车号实际拍到的那朵云。

"为了在模型里造出 AMEC,我们发现必须加入一些'异域'物理……这些物理虽然写在教科书里,但一直被当作理论上的东西,通常被认为不会在自然界发生,"论文第一作者、索邦大学与法国国家科研中心的 Jorge Hernández-Bernal 博士说。"它此前肯定没有被实际观测到过。""一旦我们在模拟里加入这套物理,AMEC 就如我们所愿地出现了。"

关键差别:云滴从哪"长"出来

地球上的云,通常走的是异质核化这条路:水汽凝结在微小的尘埃、盐粒、花粉或烟灰颗粒上。科学家原本认为火星上也一样,靠尘埃当凝结核。

"对 AMEC 来说,云的形成似乎完全不需要这些'东西',"Hernández-Bernal 博士说。"水汽直接变成冰云粒子,中间没有任何一步。""这有点像 condensation 的水滴直接出现在房间正中央,而不是出现在窗户上。""我们把这叫均质核化,我们从没在任何行星大气里见过它。它完全出乎意料。"

理论研究者曾经提出,这种现象可能发生在地球和金星的高层大气中,但从未被证实。

要触发它,条件苛刻到什么程度

均质核化需要极端的过饱和状态——相对湿度要达到我们在地球上正常经历的 10 万倍以上。

团队的模拟显示,阿尔西亚山能提供这样的条件。风撞上火山,山体本身产生一道强波,把一团团湿润空气在几分钟内抬升好几公里。空气迅速冷却,10 分钟内温度下降约 30 度,湿度随之飙升。水汽于是自发冻结,变成这朵云的冰粒子。

"我们此前没在火星上见过这些条件,但我们的发现现在强烈提示,这颗行星的湿度确实能达到这种极端水平,"Hernández-Bernal 博士说。

这项研究发表在《自然·地球科学》期刊上。

这件事真正有意思的地方

一朵每天准时出现、又准时消失的火星云,逼着研究者往模型里塞进了一条原本只躺在教科书里的理论物理。它是不是真的在火星大气里发生了,还需要更多观测去确认——但至少,模拟和实拍之间的那道裂缝,现在有了一个说得通的补丁。