火星迎来了新的一年，而新年在地球北半球意味着冬天的到来，却在火星的北半球预示着春天的开始。这意味着冰开始融化，并带来了许多有趣的现象。NASA喷气推进实验室（JPL）的研究科学家塞丽娜·迪尼耶加（Serina Diniega）对此作了解释。
影像来源: NASA/JPL-Caltech
在地球上，新年往往伴随着冬日的奇幻美景，而火星北半球则经历着一种活跃甚至是“爆炸式”的春季解冻。
当我们在地球迎接即将到来的跨年夜时，火星科学家已经抢先了一步：火星在2024年11月12日完成了绕太阳的一次公转。为此，一些研究人员为这个“火星新年”举杯庆祝。
然而，火星年的结束与地球北半球的情况截然不同。火星的一年相当于687个地球日，而地球的冬季来临时，火星的北半球却进入了春天。这意味着气温上升、冰层变薄，引发了许多剧烈的现象，包括霜冻雪崩从悬崖崩落、二氧化碳气体从地面喷发，以及强劲的风重新塑造北极地区。
“在地球上，春天的到来伴随着水冰逐渐融化的滴答声。但在火星上，这一切都是轰然发生的。”位于南加州的NASA喷气推进实验室研究行星表面的迪尼耶加说道。
火星稀薄的大气层无法像地球那样让液体积聚在地表上。冰不会融化，而是直接升华成气体。这种突然的转变导致了剧烈的变化，因为无论是水冰还是二氧化碳冰（即干冰——在火星上比冻结的水更多）都会迅速减弱并崩裂。
“你会听到大量的裂缝声和爆炸声，而不是缓慢的融化。”迪尼耶加说。“我想，这一定非常嘈杂。”
科学家利用NASA的火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter，MRO）上的相机和其他传感器研究这些活动，以更好地理解塑造火星动态地表的力量。MRO于2005年发射，帮助研究人员跟踪了以下现象：
霜冻雪崩
2015年，MRO上的高分辨率成像科学实验（HiRISE）相机拍摄到一块66英尺宽（20米宽）的二氧化碳霜冻块自由下落的场景。这种偶然的观测让科学家意识到火星与地球有多么不同，尤其是在春天，这些表面变化最为明显。
火星的春天伴随着大量冰裂现象。2015年，NASA的火星勘测轨道器（MRO）上的HiRISE相机拍摄到了一块66英尺（20米）宽的二氧化碳霜冻块在自由下落时的画面。
影像来源: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
“我们很幸运拥有像MRO这样的航天器，它已经观测火星这么长时间了。”迪尼耶加说道。“近20年的观测让我们得以拍摄捉到像雪崩这样壮观的瞬间。”
气体间歇泉
迪尼耶加还依靠HiRISE相机研究火星春季的另一奇观：气体间歇泉。这些气体间歇泉从地表喷发，抛出由沙子和尘埃组成的暗色扇形图案。这些爆发式喷流是由于二氧化碳冰剧烈升华形成的。阳光透过冰层照射，底部冰层转化为气体，压力不断增加，直到气体喷射到空中，形成这些暗色扇形物质。
当阳光穿透火星上的二氧化碳冰层时，它会加热冰的底层，这些冰层不会融化成液体，而是直接升华为气体。气体逐渐积聚，最终形成喷发式的间歇泉，将暗色的碎屑扇形图案抛洒到火星表面。
影像来源: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
然而，要观察最新形成的最显著的扇形图案，研究人员需要等到2025年12月，即火星南半球的春天到来。因为南半球的这些扇形图案通常更大、更清晰。
蜘蛛腿状痕迹
南北半球冰相关活动的另一个区别是：在北半球的某些间歇泉周围的所有冰层在夏季升华后，泥土中会留下类似巨大蜘蛛腿的痕迹，从太空中看尤为明显。研究人员最近在喷气推进实验室（JPL）的实验室中重新模拟了这一过程。
有时，当火星冰盖区域的二氧化碳间歇泉喷发后，会在地表留下侵蚀痕迹。当到了夏天，冰完全消失时，这些长长的侵蚀痕迹看起来就像巨型蜘蛛的腿。
影像来源: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
强劲的风
对于多伦多约克大学的艾萨克·史密斯（Isaac Smith）来说，春天最令人着迷的现象之一是火星北极的巨大冰盖，其面积如同德克萨斯州一般大。在冰盖的表面，雕刻出旋转的沟槽，露出了下面红色的火星表面。这种效果就像在拿铁咖啡中搅拌的牛奶。
“这些沟槽非常巨大。”史密斯说道，他提到有些沟槽的长度相当于整个加利福尼亚州。他补充道：“你可以在南极洲发现类似的沟槽，但规模远不及此。”
随着气温上升，强劲的风在火星北极的冰盖上雕刻出深深的沟槽。其中一些沟槽有加利福尼亚那么长，赋予了火星北极标志性的螺旋形外观。这张照片由NASA现已停用的火星全球探勘者号（Mars Global Surveyor）拍摄。
影像来源: NASA/JPL-Caltech/MSSS
快速而温暖的风在漫长的岁月中雕刻出这些螺旋形状。沟槽则成为春季强风的通道，随着北极冰层开始融化，风力变得更为强劲。就像南加州的圣安娜风或落基山脉的奇努克风一样，这些阵风在顺着沟槽而下时会加速并升温，这一现象被称为绝热过程。
流动的沙丘
雕刻北极沟槽的风还会重新塑造火星的沙丘，使沙子堆积在一侧，同时从另一侧带走沙子。随着时间的推移，这一过程会导致沙丘像地球上的沙丘一样逐渐迁移。
今年9月，史密斯与他人合作撰写了一篇论文，详细说明了冬季期间二氧化碳霜如何覆盖在极地沙丘顶部，将它们冻结在原地。到了春季，当霜完全融化后，沙丘再次开始移动。
2022年9月8日，NASA的火星勘测轨道飞行器使用HiRISE相机从高空拍摄到了这些位于火星北半球、被冰霜包围的火星沙丘。
影像来源: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
每个北半球的春季都略有不同，这种变化导致冰升华的速度或快或慢，控制着火星地表所有这些现象的节奏。这些奇怪的现象只是火星季节变化的一部分：南半球也有自己独特的活动。
关于火星勘测轨道飞行器（MRO）的更多信息
HiRISE相机由位于亚利桑那州图森的亚利桑那大学运营，由位于科罗拉多州博尔德的巴尔航空与技术公司（Ball Aerospace & Technologies Corp.）制造。NASA的喷气推进实验室（JPL），隶属于加州理工学院，位于加利福尼亚州帕萨迪纳市，负责为NASA科学任务理事会管理火星勘测轨道飞行器项目。
