欧洲航天局的ExoMars和火星快车任务首次在火星赤道附近发现了水霜人们认为霜是不可能存在的。
霜冻位于塔尔西斯火山的顶部:它不仅是火星上最高的火山，也是太阳系中最高的火山。它最初是由欧洲航天局的外火星痕量气体轨道器(TGO)发现的，后来由TGO上的另一台仪器和欧洲航天局的火星快车发现的。
“我们认为火星赤道周围不会形成霜，因为阳光和稀薄的大气混合在一起，使火星表面和山顶的温度相对较高——不像我们在地球上看到的那样，你可能会看到霜峰，”主要作者阿多马斯·瓦兰提纳斯说，他是瑞士伯尔尼大学的博士生，现在是美国布朗大学的博士后研究员。
“它在这里的存在令人兴奋，并暗示有特殊的过程在起作用，使霜的形成。”
这些霜块在日出前后存在几个小时，然后在阳光下蒸发。尽管它们很薄——可能只有一毫米的百分之一厚(和人的头发一样厚)——但它们覆盖了广阔的区域。在寒冷的季节，每天大约有15万吨的水在地表和大气之间交换，大约相当于60个奥运会游泳池的水量。
特殊的小气候
火星的塔尔西斯地区有许多火山，包括奥林匹斯山和塔尔西斯山:阿斯克拉厄斯山、帕沃尼斯山和阿尔西亚山。其中许多火山都是巨大的，高耸于周围的平原之上，高度从帕沃尼斯山(Pavonis Mons)到奥林匹斯山(Olympus Mons)不等，是地球上珠穆朗玛峰的三倍。
这些火山的顶部有破火山口和巨大的空洞，这是由于过去喷发时岩浆室清空造成的。研究人员提出，塔尔西斯上空的空气循环很特别;这在火山的破火山口内创造了一种独特的小气候，使冰霜形成。
“风沿着山坡移动，将相对潮湿的空气从地表附近带到更高的海拔，在那里它凝结并沉淀成霜，”合著者尼古拉斯·托马斯说，他是TGO彩色和立体表面成像系统(CaSSIS)的首席研究员，也是Adomas在伯尔尼大学的博士导师。“实际上，我们在地球和火星的其他地方看到了这种情况，同样的现象导致了火星上季节性的Arsia Mons拉长云。
“我们在火星火山上看到的霜似乎沉淀在火山口的阴影区域，尤其是温度更低的地方。”
阿多马斯、尼古拉斯和同事们在奥林匹斯山的塔尔西斯火山、阿尔西亚火山和阿斯克拉厄斯火山以及塞罗尼乌斯火山上发现了霜冻。对这些霜冻的形成过程进行建模，可以让科学家揭示更多火星的剩余秘密，包括水存在的地方以及水如何在水库之间流动，以及了解火星复杂的大气动力学。这些知识对于我们未来探索火星，以及寻找地球外可能存在的生命迹象至关重要。
出乎意料，引人注目
这一发现标志着首次在火星赤道发现霜。但是为什么以前没有发现它呢?
“有几个原因:首先，我们需要一个轨道，让我们在清晨观察一个位置。虽然欧洲航天局的两个火星轨道飞行器——火星快车号和TGO号——有这样的轨道，可以在一天中的任何时候观测，但其他机构的许多卫星与太阳同步，只能在下午观测，”Adomas补充道。
“其次，霜沉积与火星较冷的季节有关，这使得发现它的窗口更加狭窄。简而言之，我们必须知道在何时何地寻找短暂的霜冻。我们碰巧在赤道附近寻找它进行其他研究，但没想到会在火星的火山顶部看到它!”
发现霜依赖于欧洲航天局的两个绕火星探测器:ExoMars TGO和火星快车的合作。
TGO于2016年抵达火星，自2018年开始其完整的科学任务以来，一直在对火星表面、大气和水进行成像和测绘。自2003年以来，火星快车一直在绕火星轨道运行，并花了20年时间探索火星的表面、地下、矿物、现象和大气。
研究小组用TGO的CaSSIS仪器发现了霜冻。然后，他们使用TGO的最低点和掩星探测火星(NOMAD)光谱仪和火星快车的高分辨率立体相机(HRSC)再次观察该地区，证实了他们的发现。
“在火星表面发现水总是令人兴奋的，无论是对科学兴趣还是对人类和机器人探索的意义，”ESA ExoMars TGO和火星快车的项目科学家科林·威尔逊说。“即便如此，这一发现还是特别令人着迷。火星的低气压造成了一种陌生的情况，即火星的山顶通常不会比平原更冷，但似乎潮湿的空气吹到山坡上仍然可以凝结成霜，这显然是一种类似地球的现象。
“这一发现之所以成为可能，要归功于欧洲航天局两个火星轨道飞行器之间的成功合作，以及额外的建模。确切地了解地球和火星上的哪些现象相同或不同，确实可以测试并提高我们对不仅发生在我们的家园星球上，而且发生在宇宙其他地方的基本过程的理解。”
