科學家最近拍攝到了火星北極上空嚴酷冬季天氣的罕見鏡頭。極渦內部溫度明顯下降。比外界空氣涼爽得多，而火星漫長冬季的持續黑暗導致大氣中的臭氧水平迅速上升。
牛津大學凱文·奧爾森博士說：“極地渦旋內的大氣層從地表附近到海拔約30公里的地方，其特點是溫度極低。這比渦旋外的溫度低約40攝氏度。”一位在赫爾辛基舉行的 EPSC-DPS2025 聯合會議上介紹研究結果的人說道。
在這些最低水平下，火星大氣中的少量水蒸氣凍結並沉澱在極地冰蓋上。這一變化對臭氧水平產生了巨大影響。當臭氧與由於紫外線分解水蒸氣而形成的分子發生反應時，通常會被破壞。但當蒸氣完全蒸發時，這些反應就會停止。當沒有任何東西可以摧毀臭氧時，渦流中就會開始形成。
“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，可以告訴我們大氣中化學反應的速度有多快，”奧爾森說。 “通過了解那裡的臭氧含量及其波動情況，我們可以更多地了解大氣層如何隨時間變化。以及火星是否像地球一樣有保護性臭氧層。”
羅莎琳德·富蘭克林，歐洲航天局的 ExoMars 探測器計劃於 2028 年發射，它將尋找地球上古代生命的踪跡。如果火星曾經有一個臭氧層可以保護其表面免受紫外線輻射，那麼這道保護牆可能在數十億年前就使火星更適合居住。
火星極渦是如何形成的？
火星極渦的形成是季節性週期的一部分。它是由行星25.2度的軸向傾斜驅動的，就像地球一樣。這顆紅色星球也會經歷季節變化。當北方的夏季結束時，兩極上空會形成渦流，並持續到春天。
在地球上，極渦有時會變得不穩定並向南漂移。結果，冷空氣進入低緯度地區。類似的過程也可能發生在火星上。這為研究人員提供了研究渦旋內部的寶貴機會。
奧爾森說：“由於火星北極的冬季完全黑暗，就像在地球上一樣，因此研究非常困難。”“有了測量渦旋並確定我們的觀測結果是在黑暗渦旋內部還是外部的能力，我們就能夠知道正在發生什麼。”
渦旋測量
奧爾森與歐空局的 ExoMars 微量氣體軌道器合作，該軌道器位於火星軌道上。特別是，當太陽位於火星的另一側並穿過大氣層時，航天器的大氣化學套件（ACS）將通過凝視紅色行星的邊緣來研究火星大氣層。太陽光被吸收的波長可以告訴我們大氣中有哪些分子以及離地表有多高。
然而，在火星冬季太陽完全黑暗的情況下，這種技術是無效的。當太陽沒有從北極升起時 看到漩渦內部的唯一機會是當它失去球形時。但知道這將在何時何地發生是很困難的。需要更多信息。
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。
“我們尋找溫度突然下降的情況。這是處於漩渦內部的明顯跡象，”奧爾森說。 “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。這提供了一個有趣的機會，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。”
