近日，浙江大学海洋学院求是特聘教授 Thomas Pähtz 联合以色列内盖夫的本-古里安大学、德国莱比锡大学、美国杜克大学等多个研究机构的科学家团队，在国际著名期刊 Nature Geoscience 发表题为“Coevolving aerodynamic and impact ripples on Earth”的学术论文，揭示地球上和火星等其他天体上都存在两种不同类型的沙波。研究成果对于理解地球上和火星等其他天体上的风成地貌特征具有重要意义，也为未来的行星探测和环境研究提供了宝贵的科学依据。

沙波是一种地球上和太阳系各种天体上常见的地貌形态，几乎在任何流体或气体流过颗粒层的地方都会自发形成。沙波的形成和演化是地貌学和行星科学中的重要课题，它们不仅影响着行星表面的景观，还记录了气候和环境变化的历史。然而，近年来沙波的成因在地貌学、沉积学、行星地质学和颗粒物理学界引起了激烈的争论，尤其是地球上存在的沙波与火星上的沙波是否具有相似的物理形成过程。

国际科学家团队通过在常压和低压风洞中进行实验，研究细粒度单分散沙床在环境空气中形成的风成沙波。实验结果显示，可以重现地在沙床上形成厘米级和分米级的沙波，揭示了两种相邻的介观尺度生长不稳定性。通过形态特征和定量颗粒尺度数值模拟及理论分析，团队首次确认了较小的沙波为冲击沙波，而较大的沙波则源于流体动力学不稳定性，这挑战了传统的沙波分类，不是单一的一种，而是两种床形类型。相应的流体动力学模型支持了地球上存在流体动力沙波的观点，并将其与巨型沙波和有争议的火星沙波联系起来，为太阳系中发现的介观颗粒床形提供了统一的观点。

传统观点认为，地球上的风成沙波形成机制与火星上的截然不同。地球上的沙波，尺寸通常在厘米级或更小，主要通过流体动力学不稳定性（hydrodynamic ripple）形成，这与湍流流动和地形之间的相位变化有关。地球上的沙波通常在风力作用下形成，风力搬运沙粒并在特定的风速条件下沉积，形成不同尺度的沙波和沙丘。而火星的大气密度远低于地球，且风力作用下的沙粒运动受到的阻力较小，火星上厘米级尺度的小型沙波，被认为是由风力作用下沙粒的跳跃和碰撞（impact ripple）形成的。此外，火星上的大型沙波，通常在分米到米级尺度上形成，其形态上与地球上的水下沙波相似，它们的物理起源存在争议，有研究支持它们可能是由类似于水下沙波的流体动力学过程形成的，而其他研究则认为它们可能是由风成过程形成的，而后被证明是流体动力学沙波和冲击沙波共存的结果。

团队在以色列本-古里安大学和丹麦奥胡斯大学分别在地球环境和火星大气条件下进行了一系列的受控风洞实验，两者都展示了两种不同类型沙波——冲击沙波和流体动力沙波的稳定共存。它们波长相近但生长速率不同，这可能解释了为什么它们在地球上难以区分，并且在过去的研究中可能很容易被混淆。团队对不同风速、颗粒大小和大气压力的仔细分析，以及与数值模拟和理论的比较，进一步证实了一个与传统观念相悖的意外结论：在地球上，就像在火星上一样，两种不同类型的沙波可以共存，而且更大、更慢的一个本质上是流体动力沙波。