2025年6月25日

 

• 火星快車探測器上德國 HRSC 相機拍攝的新影像顯示，阿卡迪亞平原上出現了充滿塵埃的龍捲風。
• 這現像在流線型岩脊（即所謂的「jardangs」）的形成過程中扮演重要角色。
• 在火星上，颶風的速度可達每秒 45 米，高度可達 8 公里。
• 重點：太空旅行、太空研究、探索、火星

 

近乎無邊無際的廣闊地形、風蝕岩層和地下冰層：阿卡迪亞平原地區擁有豐富多樣的地形特徵。歐洲太空總署火星快車號探測器搭載的德國航空航天中心 (DLR) 高解析度立體相機 (HRSC) 的最新影像資料展現了這一點。

在26,333軌道飛行期間，火星低地的平原與西北方向的塔爾西斯地區接壤，該地區是塔爾西斯山脈獨特的盾形火山的所在地，其中包括太陽系最大的火山奧林匹斯山。阿卡迪亞平原主要被所謂的亞馬遜時代的熔岩流覆蓋，這個時代始於18億年前，至今仍在延續。阿卡迪亞平原，即“阿卡迪亞平原”，其名稱取自古希臘神話中同名的虛構丘陵景觀。

 

低地上空的“塵捲風”

火星的大氣層非常稀薄，比地球的大氣層稀薄一百倍。它由95%的二氧化碳、4%的氮氣、少量氬氣和微量氣體組成。儘管如此，在火星上仍經常觀察到與地球相似的大氣現象。

這張由火星快車號上的高解析度立體相機（HRSC）拍攝的照片顯示了四股充滿塵埃的旋風，也就是塵捲風。塵捲風是短暫的局部事件，通常發生在下午，當火星表面溫度升高時，近地表空氣會升溫，導致其上升並形成局部動力。結果是形成一個垂直氣旋，將塵埃和沙子帶入大氣層。這種現象對火星表面塵埃的分佈有著重要作用。

在高解析度星雲圖 (HRSC) 中，塵捲風呈現為帶有灰色陰影的小亮斑（見註釋圖）。每個斑點略帶粉紅色的漸變色是由塵捲風在影像擷取過程中的快速移動造成的。 HRSC 的九個影像通道在略有不同的時間覆蓋同一區域：天底通道垂直向下，而其他通道則略微向前或向後。只有太空船在軌道上採集影像時的移動，才能使同一景觀被一個接一個的感測器捕捉到，時間略有偏移。

旋風也在移動，每次捕捉影像通道時，它的位置都會有所不同。像這張圖一樣，疊加通道會產生輕微的色邊。這種偏移可以追蹤塵捲風的位置變化，從而確定旋風的方向和速度。

在火星上，氣旋的速度可達每秒45米，高度可達8公里。它們的寬度通常不到100公尺。它們經常出現在像阿卡迪亞平原（Arcadia Planitia）這樣的廣闊平原上——類似於地球上塵土飛揚的沙漠景觀。儘管大氣條件不同，火星氣旋與地球氣旋仍有許多相似之處。然而，火星上的氣旋通常規模較大。這主要是由於全天強烈的氣候變暖造成的巨大溫差。

 

風吹表面

乍一看，畫廊頂部的圖像 1 和 2 略微失焦。然而，放大後，我們可以看到紅色區域的表面覆蓋著無數流線型的岩石脊線——這解釋了最初「模糊」的印象（見註釋圖）。這些被稱為「jardangs」的岩層是由持續不斷、幾乎單向的風攜帶的塵埃選擇性地侵蝕軟岩或硬化沉積物而形成的。較硬的岩石則保留下來，形成了這些脊線。

富含「沙丘」的紅色區域與相鄰的深色地形之間的界限清晰可見：深色區域沒有「沙丘」。 「沙丘」最早在20世紀初被科學記載，指的是中國西北部的羅布泊沙漠。 「沙丘」一詞源自於維吾爾語中表示陡峭沙洲的字「yar」。

這些特徵的缺失可能表明各區域的表面物質、岩石硬度或風力強度存在差異。風蝕是火星上最活躍的地質過程之一。在像阿卡迪亞平原這樣的低海拔地區尤其如此，那裡的風不斷地塑造著地形。這些「小隕石坑」的尺寸達到了影像解析度的極限：略低於20公尺。即使是一個微小的、相對年輕的隕石坑，也能被清晰地呈現出來。

HRSC 影像中一個引人注目的特徵是直徑約 15 公里的撞擊坑的噴出物覆蓋層（請參閱註釋圖）。此噴出物覆蓋層的葉狀結構及其雙層結構是撞擊區域高揮發性物質含量的典型特徵。專家將這種噴出物稱為“流化噴出物”，並將整個隕石坑稱為“壁壘隕石坑”。

光譜儀在可見光和近紅外線窄波段記錄了噴出物的形狀和測量數據，揭示了富含水的物質的特徵，這些物質可能從淺層噴出並沉積在隕石坑周圍。隕石坑邊緣未受風化，因此撞擊事件在地質年代尺度上必然發生於相對較近的時期。

 

獲得冰淇淋的好機會

富含揮發性物質（尤其是水）的噴發物在火星中緯度地區相當常見。這些噴出物支持了這樣的理論：在火星自轉軸傾斜度較高的時期，冰層曾累積到中緯度地區。這些噴出物後來可能被其他物質覆蓋，從而避免了昇華——即冰直接轉化為水蒸氣。

阿卡迪亞平原位於火星中緯度地區，這使得該平原地表附近很可能存在地下冰。這些冰可能存在於土壤物質孔隙的外部或內部。在前一種情況下，冰的量超過了土壤中現有的孔隙體積，並且「佔據」了所需的空間。在後一種情況下，它被稱為孔隙冰，只是填充了自然存在的孔隙空間。

由於土壤中可能存在水冰，一些研究人員提議將阿卡迪亞平原作為未來火星機器人甚至太空人任務的著陸點。在太空人任務中，如果冰能夠經過徹底淨化和處理，可以用來生產飲用水。水也可以被分離成氫和氧，然後用作火箭燃料。

 

圖像編輯

這些影像由高解析度立體相機 (HRSC) 於 2024 年 11 月 10 日在火星快車 26,333 軌道上拍攝。地面解析度約為每像素 18 米，影像中心位於東經 21 度和北緯 41 度左右。彩色影像是使用天底通道、垂直於火星表面的視野和 HRSC 彩色通道的資料創建的。傾斜透視圖是使用數位地形模型、天底通道和 HRSC 彩色通道建立的。立體影像由天底通道和立體通道生成，當用紅/藍或紅/綠眼鏡觀看時，它可以提供景觀的三維印象。彩色編碼的地形視圖是基於該地區的數位地形模型 (DTM)，從中可以得出景觀的地形。

 

[照片]

(A) 卡迪亞平原的火山塵埃和風道

火星北半球由一片廣闊的低地組成，其地質特徵比南半球的高地少得多。這些地區廣泛存在著長期風力作用的痕跡。這張圖展示了阿卡迪亞平原地區一道突出山脊的透視圖。山脊阻擋了盛行風，沉積了被風吹來的火山成因的深色沙子。仔細觀察圖片右側的平原，可以看到與盛行風向平行形成的風丘，也稱為「jardangs」。

(B) 阿卡迪亞平原的火山口噴發物、火山灰和風口

在阿卡迪亞平原，風在地形上留下了痕跡，乍看之下似乎單調乏味。前景中約40公里寬的景像大部分被風蝕岩石形成的「風蝕窪地」（jardangs）所佔據。這些風口和風口顯示了它們形成時的盛行風向。火山爆發的深色沙子沉積在地形邊緣，起到了阻擋風的作用。在左上象限，可以看到葉狀沉積物。這些沉積物屬於火山口的噴發物覆蓋層，顯示小行星撞擊時地表下存在高度揮發性的物質。由此形成的火山口的邊緣在影像的頂部清晰可見。

(C) 阿卡迪亞平原地形概覽圖

阿卡迪亞平原是火星北部低地的一部分，位於塔爾西斯凸起的西北部，是火星最大火山的所在地。歐空局「火星快車號」太空船於2024年11月10日在26,333軌道上飛越該區域，並使用德國航空航天中心（DLR）操作的HRSC攝影系統記錄了圖中所示的圖像帶。本出版品所顯示的影像均取自該小矩形區域。阿卡迪亞平原的主要特徵是近20億年前噴發的凝固的流體熔岩。地下可能存在大量的水冰。

(D) 火星阿卡迪亞平原的頂視圖

阿卡迪亞平原（Arcadia Planitia），又稱“阿卡迪亞平原”，位於火星北緯中部。那裡的地形受到北部低地風力活動的影響。火山爆發的深色物質沿著山脊沉積，形成了一道屏障，阻擋著風的吹拂。在紅色區域，可以看到無數所謂的“風丘”（也被稱為“jardang”），它們是由風攜帶的塵埃在岩石上雕刻而成的。在右下方，可以看到一個直徑約15公里的撞擊坑。在撞擊坑形成的過程中，地下的揮發性物質（可能是冰）被激活，與噴出物混合，形成了葉狀的噴出物覆蓋層。

(E) 阿卡迪亞平原地形影像圖

火星快車號上的德國太空總署 (DLR) 高解析度立體相機 (HRSC) 正在從各個角度對火星表面進行成像。德國太空總署太空研究所和柏林自由大學行星科學係正在利用這些數據計算數位地形模型。高程值可以透過影像右上角的色標讀取。該地區北部低地的高差僅為 500 公尺左右。一個引人注目的特徵是一條斜向貫穿畫面的地形脊。

(F) 阿卡迪亞平原的（3D）立體圖像

所謂的立體影像可以透過歐洲太空總署火星快車號太空船上德國航空航天中心（DLR）操作的HRSC攝影系統的天底通道（垂直指向火星表面）和四個斜置立體通道之一產生。佩戴紅藍或紅綠眼鏡後，這些圖像可以提供三維景觀視圖，並賦予觀眾對高低差的空間感知。這使得人們能夠在空間維度上識別和檢查大規模以及細微的地形細節。

(G) 阿卡迪亞平原的景觀特徵

如今，風依然塑造著阿卡迪亞平原的低地區域。一道山脊阻擋著充滿塵埃的風，沉積著深色的火山灰（「暗色沉積物」）。廣闊的、顏色更紅的區域由無數的“風丘”組成。為了辨認它們，必須將影像放大到每像素18公尺的解析度極限。這幅圖像尤其引人注目，因為它捕捉了幾個充滿塵埃的龍捲風（「塵捲風」）。在右下角，可以看到一個15公里寬的火山口，其噴出物覆蓋層表明地下存在揮發性成分，這些成分使噴出物液化（「流化噴物覆蓋層」）。