火星中層大氣運動受重力波驅動，新研究揭示關鍵機制

根據東京大學行星研究團隊的最新研究，大氣重力波在火星高海拔地區的緯向氣流運動中扮演著關鍵角色。

這項研究利用阿聯酋火星任務拍攝的影像，展示了火星及其稀薄大氣層的樣貌。研究共同作者、東京大學佐藤薰教授指出：「在地球上，由行星自轉引起的大尺度大氣波動（即羅斯比波）是平流層（中層大氣的下部）氣流運動的主要影響因素。但我們的研究顯示，在火星上，重力波在中層大氣的中高緯度地區具有主導性影響。」

研究團隊解釋，羅斯比波屬於大尺度大氣波動，而重力波則是無法直接觀測或模擬的細微波動，必須透過間接方式進行估算。值得注意的是，這裡所說的重力波與來自巨大天體的重力波不同，它是一種大氣現象，當氣團因浮力變化而上升下降時，就會產生這種振盪運動。

由於重力波的細微特性以及觀測資料的限制，行星科學家過去一直難以量化其在火星大氣中的重要性。為此，佐藤教授及其研究團隊轉而使用由多年太空觀測資料構建的「火星大氣再分析系統」（EMARS）資料集，分析火星大氣的季節性變化。

研究第一作者、東京大學研究生安住杏表示：「我們發現了一個有趣的現象，重力波促進了角動量的快速垂直傳遞，顯著影響了火星中層大氣的經向（南北向）環流。這與地球中間層的行為更為相似，而非平流層。這表明現有的火星大氣環流模型可能需要進一步完善，以更好地納入這些波動效應，從而提升未來氣候和天氣模擬的準確性。」

研究團隊下一步計劃探討火星沙塵暴對大氣環流的影響。佐藤教授指出：「目前我們的分析主要集中於沒有重大沙塵暴的年份。然而，這些沙塵暴會顯著改變大氣條件，我們懷疑它們可能會強化重力波在環流中的作用。這項研究為預測火星天氣奠定了基礎，這對確保未來火星任務的成功至關重要。」

這項研究成果已發表於《地球物理研究期刊：行星》上，為理解火星大氣動力學提供了新的見解。

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安住杏等人，《基於再分析資料集的火星大氣殘餘平均環流氣候學及解析與未解析波的貢獻》，《地球物理研究期刊：行星》，2025年3月6日線上發表；doi: 10.1029/2023JE008137