NASA「大新聞」:太陽風暴剝掉了火星大氣層

2020-12-25 果殼網

藝術家繪製的示意圖，展示了太陽風暴擊中火星時，火星高層大氣中的離子被剝離的場景。圖片來源：NASA/GSFC

（艾麥樂 編譯）研究火星大氣的科學家說，這顆紅色行星從幾十億年前的那顆溫暖宜居的星球變成今天這個寒冷乾旱的世界，太陽風暴在其中可能起到了很大的作用。

這只是今天凌晨公布的諸多有關火星的發現之一，這些研究都發表在11月5日出版的《科學》（Science）和《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）上。這些科學發現的數據來源，是美國航空航天局（NASA）耗資6.71億美元的MAVEN探測任務，它在去年將一枚巴士大小的探測器送到了火星軌道。

MAVEN是火星大氣及揮發物演化任務（Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN）的英文首字母縮寫。它的目標是測量火星大氣的動態演變——再把這些測量結果代入模型，想要弄清楚火星在幾十億年前如何弄丟了它的大部分空氣。

基於更早之前的觀測，科學家猜測，由於火星磁場不像地球磁場那樣強，來自太陽的帶電粒子在途經火星的時候，有能力從火星大氣的頂層剝離掉分子和離子。

3月8日，一場異常強烈的太陽風暴經過火星，讓MAVEN任務的科學家有了一次難得的良機去採集數據。在今天發表的一篇科學論文中，由MAVEN任務首席研究員、美國科羅拉多大學的布魯斯·賈科斯基（Bruce Jakosky）帶領的一個研究團隊報告說，磁場將離子加速到了它們通常速度的大約10倍。火星大氣中的氧離子被高高拋起，高度超過他們的預期。

當這些科學家把測量數據代入他們的計算機模型時，他們發現在這樣的條件下，火星大氣中離子流失的速度是正常速度的大約10－20倍。

這些科學家指出，在太陽系早期，太陽風暴出現的頻率應該比現在更高。此外，火星磁場也在火星演化的極早期，隨著火星液態金屬核心的冷卻，早就已經消失不見了。

他們在論文中寫道，「由於火星大氣的流失主要發生在這樣的早期階段，由此推斷出的火星氣候變化可能主要由這些太陽風暴導致。」

利用MAVEN的數據製作的這段視頻，展示了太陽風從火星大氣頂層將離子剝離到太空中的過程。視頻來源：NASA-GSFC/CU Boulder LASP/University of Iowa

這項研究的合作者之一、NASA戈達德航天飛行中心的保羅·馬哈菲（Paul Mahaffy）強調說，目前還沒有足夠多的測量數據，能夠產生出一個火星大氣流失的細緻模型。他說，「我認為這個故事才剛剛開始。……長期而言，我們可能需要更多的測量數據，才能夠更好地理解具體細節。」

不過，這些發現與其他火星任務作出的發現大體相符。舉例來說，科學家曾經把NASA好奇號火星車測得的火星大氣數據，與火星隕石中採樣得到的數據進行比較，由此得出結論認為，火星的絕大部分大氣早在30多億年前就已經被剝離了。當時率領研究團隊作出那個發現的，正是馬哈菲。

另外一項研究報告說，火星大氣密度的變化幅度超出意料之外。馬哈菲說，「在特定的高度和一天中特定的時間，火星會出現這些大幅度的密度波，特別是朝著日出和日落方向的。」這一發現暗示，火星大氣中的互動比原先科學家所認為的要複雜許多——有了重力波的相互作用，大氣中的風型和火星的微弱磁場都能起到一定的作用。

其他論文還報導了火星上觀測到的微弱北極光，它們出人意料地出現在了60千米的「低空」（相比之下，地球上的極光出現在大約100千米高空）。此外，火星大氣中塵埃的分布也出人意料，在1000千米的高空還有相當高的含量，可能來源於行星際空間。此外，流失的離子在火星大氣的損失中佔到了很大的比例。

關於火星的一系列發現，發表在本周出版的《科學》和《地球物理研究通訊》上。圖片來源：Science

馬哈菲說，「所有這些測量結果構成了一個基礎，讓我們能夠建立模型描述火星大氣的逃逸。」

賈科斯基說，按照當前的流失速率，火星至少在未來幾十億年裡還能維持一個大氣層，「但我說不準火星大氣具體會變成什麼樣子」。

MAVEN的首要任務仍是繼續採集科學數據，不過在首要任務完成之後，它將繼續執行擴展任務，包括作為備份中繼衛星給其他火星探測器提供通訊中轉服務。與此同時，印度的火星軌道器任務，也就是MOM，也在研究這顆紅色行星的大氣。（編輯：Steed）

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