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NASA“大新闻”:太阳风暴剥掉了火星大气层

艺术家绘制的示意图,展示了太阳风暴击中火星时,火星高层大气中的离子被剥离的场景。图片来源:NASA/GSFC

艾麦乐 编译)研究火星大气的科学家说,这颗红色行星从几十亿年前的那颗温暖宜居的星球变成今天这个寒冷干旱的世界,太阳风暴在其中可能起到了很大的作用。

这只是今天凌晨公布的诸多有关火星的发现之一,这些研究都发表在11月5日出版的《科学》(Science)和《地球物理研究通讯》(Geophysical Research Letters)上。这些科学发现的数据来源,是美国航空航天局(NASA)耗资6.71亿美元的MAVEN探测任务,它在去年将一枚巴士大小的探测器送到了火星轨道。

MAVEN是火星大气及挥发物演化任务(Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN)的英文首字母缩写。它的目标是测量火星大气的动态演变——再把这些测量结果代入模型,想要弄清楚火星在几十亿年前如何弄丢了它的大部分空气。

基于更早之前的观测,科学家猜测,由于火星磁场不像地球磁场那样强,来自太阳的带电粒子在途经火星的时候,有能力从火星大气的顶层剥离掉分子和离子。

3月8日,一场异常强烈的太阳风暴经过火星,让MAVEN任务的科学家有了一次难得的良机去采集数据。在今天发表的一篇科学论文中,由MAVEN任务首席研究员、美国科罗拉多大学的布鲁斯·贾科斯基(Bruce Jakosky)带领的一个研究团队报告说,磁场将离子加速到了它们通常速度的大约10倍。火星大气中的氧离子被高高抛起,高度超过他们的预期。

当这些科学家把测量数据代入他们的计算机模型时,他们发现在这样的条件下,火星大气中离子流失的速度是正常速度的大约10-20倍。

这些科学家指出,在太阳系早期,太阳风暴出现的频率应该比现在更高。此外,火星磁场也在火星演化的极早期,随着火星液态金属核心的冷却,早就已经消失不见了。

他们在论文中写道,“由于火星大气的流失主要发生在这样的早期阶段,由此推断出的火星气候变化可能主要由这些太阳风暴导致。”

利用MAVEN的数据制作的这段视频,展示了太阳风从火星大气顶层将离子剥离到太空中的过程。视频来源:NASA-GSFC/CU Boulder LASP/University of Iowa

这项研究的合作者之一、NASA戈达德航天飞行中心的保罗·马哈菲(Paul Mahaffy)强调说,目前还没有足够多的测量数据,能够产生出一个火星大气流失的细致模型。他说,“我认为这个故事才刚刚开始。……长期而言,我们可能需要更多的测量数据,才能够更好地理解具体细节。”

不过,这些发现与其他火星任务作出的发现大体相符。举例来说,科学家曾经把NASA好奇号火星车测得的火星大气数据,与火星陨石中采样得到的数据进行比较,由此得出结论认为,火星的绝大部分大气早在30多亿年前就已经被剥离了。当时率领研究团队作出那个发现的,正是马哈菲。

另外一项研究报告说,火星大气密度的变化幅度超出意料之外。马哈菲说,“在特定的高度和一天中特定的时间,火星会出现这些大幅度的密度波,特别是朝着日出和日落方向的。”这一发现暗示,火星大气中的互动比原先科学家所认为的要复杂许多——有了重力波的相互作用,大气中的风型和火星的微弱磁场都能起到一定的作用。

其他论文还报道了火星上观测到的微弱北极光,它们出人意料地出现在了60千米的“低空”(相比之下,地球上的极光出现在大约100千米高空)。此外,火星大气中尘埃的分布也出人意料,在1000千米的高空还有相当高的含量,可能来源于行星际空间。此外,流失的离子在火星大气的损失中占到了很大的比例。

关于火星的一系列发现,发表在本周出版的《科学》和《地球物理研究通讯》上。图片来源:Science

马哈菲说,“所有这些测量结果构成了一个基础,让我们能够建立模型描述火星大气的逃逸。”

贾科斯基说,按照当前的流失速率,火星至少在未来几十亿年里还能维持一个大气层,“但我说不准火星大气具体会变成什么样子”。

MAVEN的首要任务仍是继续采集科学数据,不过在首要任务完成之后,它将继续执行扩展任务,包括作为备份中继卫星给其他火星探测器提供通讯中转服务。与此同时,印度的火星轨道器任务,也就是MOM,也在研究这颗红色行星的大气。(编辑:Steed

The End

发布于2015-11-06, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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Alan Boyle

GeekWire航空航天科学编辑

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