火星大气可能“埋”在火卫一上

时间:2021-02-23

  火星曾是一个温暖潮湿的星球,而如今变成了一个干燥寒冷的世界。有证据表明,火星上的水是通过大气逃逸的。因此,了解火星大气的前世今生对研究行星演化有着重要意义。

  2月18日,美国“毅力”号火星探测器进入火星大气层,在7分钟内完成进入、下降和着陆后,在火星赤道以北的耶泽罗陨石坑成功着陆,将先行开展探测任务。

  一直以来,火星都是科学家探测和研究的重要天体,火星上是否曾经存在过液态水?其主磁场为何会消失?火星原本的大气层究竟去哪了?……科学家一直渴望通过各种手段去探测、揭示火星的种种奥秘。

  但有时候,也许我们的目光应该从火星上移开,去关注一下火星附近的“小朋友”。

  2月1日,一项发表在《自然地球科学》上的研究报告显示,研究人员利用火星大气与挥发份演化探测器——“马文”号(MAVEN)探测器,在火星的卫星——火卫一轨道附近观测到了来自火星大气的粒子流。研究人员表示,这些粒子中,有许多是氧、碳、氮和氩。数十亿年来,随着火星大气层的剥蚀,这些粒子从火星大气层中逃逸,科学家推测,部分逃逸的粒子很可能保存在火卫一的表面。

  火卫一上,也许保存着揭示火星谜团的点点“证据”。

  从方向与成分追溯粒子源头

  科学家推测,火星原本也曾拥有浓厚的大气层。“但由于没有像地球那样的主磁场,火星大气暴露在太阳风中,其大气成分被太阳紫外线电离后,成为带电的分子或原子。太阳风的电场加速这些带电粒子,向着太阳的反方向逃逸。”中国科学院国家空间科学中心研究员李磊表示,这些粒子在逃逸过程中,很可能撞到火卫一上,被火卫一的风化层吸收,从而保留了下来。

  那么,科学家是如何判断出火卫一轨道附近的粒子来源于火星大气层呢?李磊表示,火星附近空间的主要粒子源只有2个,一个是火星大气,另一个是太阳风,这两者的成分不同、能量不同,比较容易区分。当然,不排除行星际空间中还有其他来源的粒子,但这些粒子数量非常稀少,几乎可以忽略不计。

  此外,火星大气中的带电粒子经过太阳风加速后,进入探测器时会产生电信号,通过测量电信号,就可以反推出粒子的速度、方向、成分等参数。李磊表示,这些粒子是从一定的方向进入探测器的,根据这个方向也可以判断其是否来自火星。

  通过火卫一来了解火星大气

  “马文”号探测器是世界上第一个专门用于研究火星高层大气的探测器,它于2013年11月18日发射,2014年9月22日进入环绕火星的椭圆轨道。

  与已经抵达火星表面的“毅力”号火星探测器不同,“马文”号探测器大部分时间里都会在近火点约150千米、远火点约6000千米的椭圆轨道环绕火星运行。即便距离火星最近时,也与火星表面相隔125千米,即火星高层大气的“最下边界”,以获得不同高度火星大气的分析数据。

  “马文”号探测器在环绕火星运转时,每天都穿过火卫一的轨道5次,研究人员正是利用这种机会,在火卫一轨道附近发现了来自火星大气的带电粒子。科学家通过研究这些粒子,能够揭示火星逃逸大气与火卫一的关系。

  李磊表示,火星大气的逃逸,与火星气候变迁有着密切的关系,而火星气候的变迁又可能导致了其地质条件的改变。

  火星曾是一个温暖潮湿的星球,而如今变成了一个干燥寒冷的世界。有证据表明,火星上的水是通过大气逃逸的。因此,了解火星大气的前世今生对研究火星演化有着重要意义。

  目前,飞往火星的三大“访客”中,美国“毅力”号火星探测器已落地。中国的天问一号搭载了离子与中性粒子分析器,可以观测逃逸的火星大气粒子成分。但李磊也坦言,具体是否可以测量到达火卫一的粒子流,还需要视天问一号的轨道数据而定,如果与火卫一的轨道有交会,就可以开展相关探测。

  此外,日本正准备在2024年向火卫一发射火星卫星探测器(MMX),直接从火卫一表面收集第一批样本,并将它们送到地球。到时候,除了能够获得火卫一的相关数据外,还有可能带回一些关于火星未知的线索,通过分析火卫一土壤的样本,研究火星不同时期的大气成分。


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