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竟是太阳风搞得鬼?!将火星大气剥离使其沦为不毛之地

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发表于 2017-2-17 16:37:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
简介:根据最新美国宇航局MAVEN火星探测器的结果显示,太阳风将火星大气剥离,从而使得火星从几十亿年前一个适宜生命居住的环境变成了现在的不毛之地。
图:MAVEN探测器示意图(版权:NASA)
MAVEN(Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission;火星大气和挥发性进化任务)探测器的总负责人Bruce Jakosky,他同时也是科罗拉多大学博尔德分校的大气空间物理实验室的教授说,“我们发现曾经存在于火星大气中的大多数气体已经逃逸到了太空当中,最新的观测结果显示大约65%的氩已经逃到了太空中。”
Jakosky是最近发表在科学杂志上文章的第一作者(注1)。而Marek Slipski是该校大气空间物理实验室的研究生,他也是这项研究的合作者。在之前MAVEN团队成员也曾经宣布火星大气逃逸到了太空中,并且也描述了涉及到的物理过程。而这一次的研究结果是利用现在的大气测量结果,首次给出了,随着时间具体有多少大气逃逸。
对于生命极为关键的液态水,现如今因为火星大气太冷和极其稀薄,不能够支撑它们在火星表面的稳定存在。然而,类似于干河床和一些只能够在液态水存在的情况下才能形成的矿物质的发现表明远古的火星环境和现在是非常不同的,过去是足够温暖,水可以在火星表面流动并且持续了一段非常长的时间。
有很多的方法能够让行星丢失掉大气。比如,化学反应能够使气体保留在表面的岩石里面,或者来自于行星母星的辐射或者星风也能够把大气摧毁掉。新的研究结果表明是太阳风及其辐射导致了火星大气的丢失,并且因为丢失的足够多,从而使火星气候发生改变。太阳风是从太阳表面吹出来的带电气体流。
年轻的恒星通常会有更强的紫外辐射和星风,所以在火星演化的早期阶段,大气通过这个过程可能丢失的更多一些,并且这个物理过程是控制行星气候和可居住性的主要因素。在火星的早期历史上,微生物生命很可能是存在的。但是随着火星表面变冷变干,任何的生命都很可能转移到了地下或者跑到了表面少有的绿洲当中。
这次的结果是Jakosky和他的团队通过测量氩气的两个不同同位素大气含量推断出来的。因为同位素中较轻的应该是更容易逃离到太空中,从而把更重的同位素留在了大气当中,这属于同位素增丰现象。科学家们利用这种增丰现象以及它随高度的变化,从而估计出有多少的大气气体已经逃离到了太空中。
作为惰性气体的氩,它不会和任何物质起化学反应,从而也不能够被困在表面的岩石之内,所以只能够被太阳风通过一种叫做“溅射(sputtering)”的物理过程送入太空中。在“溅射”过程中,太阳风中的粒子以极高的速度撞击火星大气,从而将气体送入太空当中。科学家们追踪了气体氩,原因就是它只能够通过“溅射”逃离到太空中。一旦确定了有多少氩通过“溅射”丢失掉了,科学家们可以利用“溅射”的效率来确定其它原子和分子的损失量,包括二氧化碳。
二氧化碳是非常有趣的,因为它是火星大气的主要构成成分,同时它也是有效的温室气体,能够保存热,从而加热行星。
Jakosky说,“我们确定了大多数的二氧化碳也是通过溅射的方式损失掉的,当然也会有其它的物理过程会使二氧化碳丢失掉,所以现在的这个估计给出的是二氧化碳丢失到太空中的最小量。”
科学家们的这个结果是来自于火星上层大气的观测数据,数据是由MAVEN的仪器NGIMS(Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer;中性气体和离子质谱仪)所观测。于此同时,美国宇航局的好奇号火星车利用搭载其上的设备SAM(Sample Analysis at Mars;火星样本分析仪)对火星表面大气也进行了分析,得到了相一致的结果。作为这篇文章的合作者、来自于马里兰戈达德航天中心的Paul Mahaffy说,“这两个联合的测量结果能够让我们更好地知道,在过去的几十亿年中,有多少气体氩已经逃逸到了太空当中”。Mahaffy是设备SAM的总负责人,也负责设备NGIMS,而这两个设备都是由美国宇航局的戈达德航天中心设计的。
Mahaffy还说到,“我们利用这两个平台的测量结果得到了互为补充的多个任务才能得到结果。”
美国宇航局的戈达德航天中心负责MAVEN项目,而好奇号火星车是由位于加州的帕萨迪纳喷气推进实验室管理。
编译:国家天文台研究员 青年科学家苟利军、《星际穿越》中文译者



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