題圖為太陽風吹走火星高層大氣示意圖。
當太陽風擊中火星時,火星大氣損失的速率會提高10%-20%
全球性的偶極磁場保護了地球的大氣
NASA本月6日又公布在火星探索方面的一個重大發現:馬文探測器發現了火星大氣在太陽風轟擊下散失的證據。
科學家們曾經以為,火星大氣的稀薄的部分原因,是因為其中的二氧化碳退縮在了火星土壤中。然而馬文號的探測結果表明,大部分二氧化碳並沒有退縮在土壤中,而是永久地在太空消散了。
火星是否具有適合人類移居的潛力?火星上是否存在大規模的水?火星氣候是如何變遷的?回答這些問題的關鍵,是了解火星不同系統之間的相互關係隨時間變化的歷史。
之前的火星探測任務已經證明,火星曾經有過大規模的液態水,這要求火星有濃厚的二氧化碳大氣層,以實現持有液態說所需要的溫室效應。但大氣層中的二氧化碳來自哪裡?火星上的液態水來自哪裡?我們在火星表面或一定深度都沒有發現充足的含碳礦物,無法支持火星曾經濃厚的二氧化碳被埋藏到了地下的說法。然而,火星大氣逃逸、消散到太空中可能是火星氣候變化的主要原因。馬文號通過測量火星高層大氣與太陽和太陽風的相互作用,研究火星大氣逃逸的過程。由於火星沒有全球性的磁場,太陽風可以直接抵達火星,將火星高層大氣中的帶電離子驅趕走。而地球由於有磁場的保護,帶電的太陽風離子無法直接抵達地球大氣層,導致太陽風離子對地球和火星大氣產生了不同的影響。馬文號測量了火星大氣中離子的總逃逸速率及其速率變化,探測結果發現,過去40億年中,火星大氣粒子逃逸對氣候變遷有巨大影響。
火星大氣逃逸主要發生在三個區域:一是太陽風吹到火星背面,佔大氣逃逸總量的75%;二是極區上空,佔大氣逃逸總量的約25%;三是繞火星的延展雲層,僅佔大氣逃逸總量的很小部分。
不僅太陽風,不時出現的太陽風暴產生的影響更為顯著。尤其是在太陽系形成的早期,太陽風暴出現的機率更為頻繁。
當太陽風暴擊中火星大氣層時,大氣逃逸速率將提高約10%-20%。火星平均每秒約有100克的大氣被吹走,相當於一個漢堡包的質量。