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火星大氣可能“埋”在火衛一上

2021年02月23日08:34 | 來源:科技日報
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原標題:火星大氣可能“埋”在火衛一上

  火星曾是一個溫暖潮濕的星球,而如今變成了一個干燥寒冷的世界。有証據表明,火星上的水是通過大氣逃逸的。因此,了解火星大氣的前世今生對研究行星演化有著重要意義。

  2月18日,美國“毅力”號火星探測器進入火星大氣層,在7分鐘內完成進入、下降和著陸后,在火星赤道以北的耶澤羅隕石坑成功著陸,將先行開展探測任務。

  一直以來,火星都是科學家探測和研究的重要天體,火星上是否曾經存在過液態水?其主磁場為何會消失?火星原本的大氣層究竟去哪了?……科學家一直渴望通過各種手段去探測、揭示火星的種種奧秘。

  但有時候,也許我們的目光應該從火星上移開,去關注一下火星附近的“小朋友”。

  2月1日,一項發表在《自然地球科學》上的研究報告顯示,研究人員利用火星大氣與揮發份演化探測器——“馬文”號(MAVEN)探測器,在火星的衛星——火衛一軌道附近觀測到了來自火星大氣的粒子流。研究人員表示,這些粒子中,有許多是氧、碳、氮和氬。數十億年來,隨著火星大氣層的剝蝕,這些粒子從火星大氣層中逃逸,科學家推測,部分逃逸的粒子很可能保存在火衛一的表面。

  火衛一上,也許保存著揭示火星謎團的點點“証據”。

  從方向與成分追溯粒子源頭

  科學家推測,火星原本也曾擁有濃厚的大氣層。“但由於沒有像地球那樣的主磁場,火星大氣暴露在太陽風中,其大氣成分被太陽紫外線電離后,成為帶電的分子或原子。太陽風的電場加速這些帶電粒子,向著太陽的反方向逃逸。”中國科學院國家空間科學中心研究員李磊表示,這些粒子在逃逸過程中,很可能撞到火衛一上,被火衛一的風化層吸收,從而保留了下來。

  那麼,科學家是如何判斷出火衛一軌道附近的粒子來源於火星大氣層呢?李磊表示,火星附近空間的主要粒子源隻有2個,一個是火星大氣,另一個是太陽風,這兩者的成分不同、能量不同,比較容易區分。當然,不排除行星際空間中還有其他來源的粒子,但這些粒子數量非常稀少,幾乎可以忽略不計。

  此外,火星大氣中的帶電粒子經過太陽風加速后,進入探測器時會產生電信號,通過測量電信號,就可以反推出粒子的速度、方向、成分等參數。李磊表示,這些粒子是從一定的方向進入探測器的,根據這個方向也可以判斷其是否來自火星。

  通過火衛一來了解火星大氣

  “馬文”號探測器是世界上第一個專門用於研究火星高層大氣的探測器,它於2013年11月18日發射,2014年9月22日進入環繞火星的橢圓軌道。

  與已經抵達火星表面的“毅力”號火星探測器不同,“馬文”號探測器大部分時間裡都會在近火點約150千米、遠火點約6000千米的橢圓軌道環繞火星運行。即便距離火星最近時,也與火星表面相隔125千米,即火星高層大氣的“最下邊界”,以獲得不同高度火星大氣的分析數據。

  “馬文”號探測器在環繞火星運轉時,每天都穿過火衛一的軌道5次,研究人員正是利用這種機會,在火衛一軌道附近發現了來自火星大氣的帶電粒子。科學家通過研究這些粒子,能夠揭示火星逃逸大氣與火衛一的關系。

  李磊表示,火星大氣的逃逸,與火星氣候變遷有著密切的關系,而火星氣候的變遷又可能導致了其地質條件的改變。

  火星曾是一個溫暖潮濕的星球,而如今變成了一個干燥寒冷的世界。有証據表明,火星上的水是通過大氣逃逸的。因此,了解火星大氣的前世今生對研究火星演化有著重要意義。

  目前,飛往火星的三大“訪客”中,美國“毅力”號火星探測器已落地。中國的天問一號搭載了離子與中性粒子分析器,可以觀測逃逸的火星大氣粒子成分。但李磊也坦言,具體是否可以測量到達火衛一的粒子流,還需要視天問一號的軌道數據而定,如果與火衛一的軌道有交會,就可以開展相關探測。

  此外,日本正准備在2024年向火衛一發射火星衛星探測器(MMX),直接從火衛一表面收集第一批樣本,並將它們送到地球。到時候,除了能夠獲得火衛一的相關數據外,還有可能帶回一些關於火星未知的線索,通過分析火衛一土壤的樣本,研究火星不同時期的大氣成分。(陳 曦)

(責編:趙竹青、呂騫)

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