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美国宇航局的 MAVEN任务圆满成功 揭开了火星大气消失的神秘面纱

时间:2018-12-02 08:06:30

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美国宇航局的 MAVEN任务圆满成功 揭开了火星大气消失的神秘面纱

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从许多方面来说,火星是我们所观测到的最像地球的行星。在火星历史上,曾出现过以大量侵蚀、沉积岩、火山、云层、冰层、沙丘还有干枯的河床等特征。它有着完整的地质史,可以说就像我们的星球一样有趣。

但由于火星的直径仅为地球的一半,质量仅为地球的百分之几,而且它离太阳的距离也比地球远得多,所以它的命运和地球是非常、非常不同的。虽然火星已变得寒冷、干燥,而且十分荒凉,但在我们的星球上,各种生物仍活跃在海洋中。即便是在火星表面上新发现的液态水,也不能改变火星进化与地球截然不同的事实。尽管还没有完全理解它是如何发生的,但我们有理由担心:有一天,地球将迈入火星的尘埃,并最终成为一个荒芜的星球,那些幸存的生命将被转移到比现在更远的地方。

美国宇航局(NASA)的“火星大气层和挥发物演化任务”正在研究火星是如何演变成这个样子的。透过测量火星大气与太阳、原子和离子之间的相互作用,以及这些粒子如何被吹离火星,消失在太空深处,通过研究太阳风、极光和其他大气效应,我们不仅能了解到火星目前正在发生的变化,也能了解到它是如何变成一个如此荒凉的世界的。另外,发射的专家号还具有与火星轨道上的探测器、登陆者和其他卫星进行通信的能力,这意味着专家号能够同时从多个地点获取有用的数据,而无需将信号发送到地球,而返回火星需要20分钟。

此前, Maven (火星大气和挥发性物质演化任务)的代表团宣布了他们的首次科学发现,我们的发现大大证实了我们的预测,以及一些令人难以置信的精确细节:在太阳系最初的数亿年中,火星上有丰富而活跃的水,包括海洋、河流、降雨等。但在火星形成后不到十亿年的某一时刻,其全球磁场已不复存在,这股保护火星免遭太阳风侵袭的主要力量便消失殆尽。

根据对火星大气上层的测量,我们发现,太阳风中快速运动的粒子大部分都是质子,以大约每小时100万英里(447000米/秒,约相当于光速的0.15%)的速度冲击着这个红色星球,速度之快令人难以置信。

和火星碰撞的这些粒子速度极快,因此它们有足够的能量来逃离火星的引力;目前,火星每秒损失约100克(四分之一磅)大气。

另外,火星的大气层和地球的大气层一样,偶尔也会受到太阳的光斑/风暴的影响。区别在于,我们的磁场能把这些颗粒吸进两极,形成极光,而火星上不存在全球性的磁场,这就意味着地球上任何地方都能感觉到风暴!甚至当暴风雨来临时,大气层的损耗率也会提高10至20倍(也就是说,你不是每秒损失1/4磅的大气层,而是每秒损失大量的大气层),到了晚上,地球表面的某个地方就会出现极光,这是非常惊人的。

同时,我们也了解到大气的流失是一个渐进的过程,需要几千万年的时间,这意味着:

假如火星上早有生命存在,我们有理由相信,在大气层逐渐变化的过程中,它们已经进化到能够找到一个合适的位置,甚至可能存在至今。

假如我们决定用人工方法制造一个密集的大气层来改造火星,那麽它可能会存在上百万年之久才需要补充。

有意思的是,如果我们不对火星进行任何干预,从目前火星大气层失落的速度来看,在过了20亿年后,火星将失去所有空气,变成一个类似于水星和月球的世界。

除了这些,过去也许还有其他的因素在起作用,但是 Maven无法告诉我们。若火星被小行星撞击过,就有可能造成大气层的损失;如果太阳耀斑在太阳系早期比较常见(它们本应如此,但我们还不知道),则大气层在早期的损失可能会更大;其他因素如溅射、热逃逸和光化学过程也可能造成大气层的损失。马文只告诉了我们其中的一部分,这碰巧也是我们认为最重要的一部分。

令人欣喜的是,正如“机遇号”火星探测器一样, Maven的表现不仅与预期完全一致,而且在某些方面甚至超越了其设计收益。这给我们带来了两大惊喜:第一,极光遍及整个星球,第二,一种叫做“瞬态金属层”,就像我们在星际尘埃与火星碰撞时所看到的那样,在火星上层大气层中形成了一层薄薄的层,富含重元素(主要是金属)。当任务继续进行时,我们肯定会了解到更多。

要知道,这对我们来说是个好消息:地球磁场在短时间内不会消失。其核心能量可能发生颠倒和倒转,也就是南北极交换,但在可以预见的未来(至少在数十亿年内),我们应该继续受到保护,免受太阳风的影响。我能想象有一天,我们将遭遇与火星相同的命运,但是在那之前,我们很可能被烈日烤焦。

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