发现火星上存在的沙尘潮汐现象

利用美国宇航局火星勘测轨道飞行器的观测数据，对近7个火星年中发生的尺度在数千公里乃至覆盖全球的大型沙尘暴进行研究，发现火星南半球高纬对流层上部的沙尘普遍存在着强烈的周日变化（图1），进一步的观测表明这种现象来自于南半球沙尘大范围的周日经向运动。而沙尘的物理状态和化学性质相对稳定，是大气风场的最好示踪物，所以由沙尘的运动可以反推火星上难以观测的大气风场结构。利用这些观测结果以及大气潮汐理论模型，该研究发现火星南半球沙尘暴期间存在着强烈的周日潮汐风场，而正是周日潮汐的经向风主导了沙尘潮汐现象。该现象表明火星大气在沙尘暴期间存在快速的经向运动，结合火星大气环流数值模型进一步研究发现，潮汐风可以将夏季火星极区冰盖附近丰富的水汽快速输送至中低纬（图2）。这些水汽可以在中低纬地区日间深对流的作用下被抬升至中高层大气，在太阳紫外辐射的作用下产生大量的H，从而增加了火星大气H的逃逸。另一方面，该现象表明在火星上存在着有别于地球大气的经向物质交换机制。地球中-高纬之间的大气热量与物质交换强烈地依赖罗斯贝波的主导作用。虽然大气热力潮汐也是地球上早已熟知的大气波动，但对中低层大气作用较小，且主要局限于热带地区。然而，火星稀薄的大气可以显著增强热力潮汐的作用，该研究提出的潮汐风在火星大气水平运动中的重要作用，使人们对行星大气中-高纬之间的物质交换有了新的认识。