科學家們最近罕見地觀察到了火星北極上空的嚴酷冬季條件。在火星的極渦內部，溫度急劇下降——比外界空氣冷得多——而火星漫長冬季的持續黑暗導致大氣中的臭氧水平顯著上升。
牛津大學的凱文·奧爾森博士在赫爾辛基舉行的 EPSC-DPS2025 聯席會議上介紹了這一結果，他表示：“極地渦旋內部的大氣層，從地表附近到約 30 公里高的地方，其特點是溫度極低，比渦旋外部的溫度低約 40 攝氏度。”
在這些極低的溫度下，火星大氣中的少量水蒸氣會凍結並沉積在極地冰蓋中。這種變化對臭氧水平有重大影響。通常，當紫外線陽光分解水蒸氣時形成的分子與臭氧發生反應時，臭氧就會被破壞。但當蒸汽完全凍結時，這些反應就會停止。由於沒有任何東西可以分解，臭氧開始在漩渦內形成。
奧爾森說：“臭氧是火星上一種非常重要的氣體；它是氧氣的一種非常活躍的形式，它告訴我們大氣中化學反應的速度有多快。” “通過了解臭氧的含量及其變化程度，我們可以更多地了解大氣層如何隨時間變化，以及火星是否曾經擁有像地球一樣的保護性臭氧層。”
歐洲航天局的 ExoMars 羅莎琳德·富蘭克林漫遊者計劃於 2028 年發射，將尋找這顆行星上古代生命的跡象。如果火星曾經有一個臭氧層保護其表面免受紫外線輻射，那麼這種保護屏障可能會讓它在數十億年前變得更加適宜生命生存。
火星極渦是如何形成的
火星的極渦是其季節性週期的一部分，由火星 25.2 度的地軸傾斜驅動。和地球一樣，這顆紅色星球也會經歷季節變化，隨著北方夏季的結束，極地上空會形成一個漩渦，一直持續到春天。
在陸地上，極地渦旋有時會破壞穩定並向南漂移，將冷空氣輸送到低緯度地區。火星上可能會發生類似的過程，為研究人員提供研究渦旋內部的寶貴機會。
奧爾森說：“因為火星北極的冬天像地球一樣完全黑暗，所以研究起來非常困難。” “通過測量漩渦並能夠確定我們的觀察結果是在黑暗漩渦內部還是外部，我們可以知道到底發生了什麼。”
探索漩渦
奧爾森與歐空局的 ExoMars 微量氣體軌道器一起在火星軌道上工作。特別是，當太陽位於火星的另一側並透過大氣層照射時，航天器的大氣化學套件（ACS）通過觀察這顆紅色行星的邊緣來研究火星的大氣層。吸收太陽光的波長表明了大氣中的分子以及它們距表面的高度。
然而，當太陽沒有從北極升起時，這種技術在火星冬季的黑暗中不起作用。觀察漩渦內部的唯一方法是當它失去圓形形狀時，但要確切地知道這種情況發生的時間和地點，需要額外的數據。
為此，奧爾森求助於美國宇航局火星勘測軌道飛行器上的火星氣候探測儀，通過溫度測量來測量渦旋的範圍。
奧爾森說：“我們尋找溫度突然下降的跡象，這是處於漩渦內部的明確跡象。” “將 ACS 的觀測結果與火星氣候探測儀的結果進行比較，發現渦旋內部的大氣與外部的大氣存在明顯差異。這是一個很好的機會，可以更多地了解火星大氣的化學成分以及極夜期間條件如何變化以形成臭氧。”
