火星上原有的大氣和水消失去哪裡了?(組圖)


火星上曾經存在著大氣和水,科學家對此似乎已經達成了共識。
火星上曾經存在著大氣和水,科學家對此似乎已經達成了共識。(示意圖/圖片來源:Adobe Stock)

火星上曾經存在著大氣,科學家對此似乎已經達成了共識。NASA也正在致力於尋找其中的證據,並公開了相關的內容,這一切或許將揭開這個至今難解的問題。

美國宇航局公佈了「火星大氣與揮發分演化探測器」(MAVEN)的重要發現。MAVEN俗稱「馬文號」,是世界首顆專門研究火星大氣的探測器。它發現了火星由早期溫暖濕潤,表面可以支持生命存在的環境,變成今天干燥、寒冷星球的關鍵性原因。

「馬文號」發回的資料使研究人員能夠確定今天太陽風剝離火星大氣的速度。調查結果顯示,在發生太陽風暴期間,如日冕物質拋射等現象時,火星大氣逃逸速度顯著增加,甚至提高10到20倍。

NASA科學副總監、前宇航員約翰‧葛籣斯菲爾德(John Grunsfeld)介紹說:「火星早期擁有一個較厚的大氣,足以支持表面存在液態,這對生命產生至關重要。明白火星大氣的演化歷史,對我們瞭解其他行星大氣層的演變非常有幫助。知曉什麼原因導致行星表面從可以有微生物存在,到變得不再擁有生命很重要,這也是美國宇航局載人火星計畫正在解決的一個重要問題。」

太陽風是一股高能帶電粒子流,主要由質子與電子組成,由太陽上層大氣射出,時速可以達到160萬公里/小時。在經過火星上層大氣時,太陽風帶來的磁場會產生電場,並電離火星大氣中的原子形成離子逃逸到太空中去。

數十億年間的太陽活動可能是火星大氣層大量丟失,改變火星氣候的重要原因。
數十億年間的太陽活動,可能是火星大氣層大量丟失,改變火星氣候的重要原因。(示意圖/圖片來源:Adobe Stock)

「馬文號」探測表明,太陽風剝離火星大氣層的速度在100克/秒。而在數十億年前,早期太陽活動非常活躍的時候,火星大氣層被太陽風剝離的速度要比現在高很多。在2015年3月發生的數次太陽風暴中,「馬文號」監測到火星大氣丟失速度加快。數十億年間的太陽活動(太陽風和太陽風暴等),是火星大氣層大量丟失,改變火星氣候的重要原因。

相對於火星,地球因有磁場的保護,使太陽風帶來的高能粒子流發生偏轉,保護了地球大氣。雖然早期火星也擁有像地球這樣的全球性磁場,但是火星體積只有地球的15%,比地球小得多,因此火星地核冷卻得比地球快,地質活動趨緩,磁場消失,大氣變薄使液態水無法穩定存在。

此前「馬文號」已經監測到太陽風和紫外線如何剝離火星上層大氣。新的研究結果表明,火星大氣丟失來自三個區域:一個是太陽風經過火星大氣後,在火星後面形成的「離子尾」;另一個是火星兩極大氣粒子逃逸形成的「羽流」;還有就是火星周圍擴展開的氣體雲。「馬文號」的科學小組確定火星大氣被剝離的離子75%源自「離子尾」,另外有25%源自南北兩極形成的「羽流」,而擴展的氣體雲丟失大氣較少。

火星遠古時期擁有豐富的液態水,今天火星表面遺留的眾多河谷和只有水參與才能形成的各種礦物質,都是當時大量液態水存在的證據。在30億年前,火星的大氣密度要比現在高的多,氣候也溫暖的多,當時的火星表面存在河流、湖泊,甚至液態水組成的海洋。

雖然NASA公佈利用「火星勘測軌道飛行器」得到現在火星表面仍存在季節性出現的鹽水流淌的證據,但是今天的火星大氣實在太單薄太冷,使液態水無法長期或大量的在火星表面存在。

從「馬文號」的項目研究可以得知,太陽風的不斷剝離是火星喪失大部分大氣的主要機制,這也是造成火星氣候顯著變化的重要原因。當然,「馬文號」也研究了其他損失過程,比如氫原子或離子逃逸的影響等,但這些只會增加大氣逃逸的重要意義。

火星上的大氣和水的神奇失蹤,是否真如NASA科學家們所解釋的這般呢?



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