火星上原有的大气和水消失去哪里了?(组图)


火星上曾经存在着大气和水,科学家对此似乎已经达成了共识。
火星上曾经存在着大气和水,科学家对此似乎已经达成了共识。(示意图/图片来源:Adobe Stock)

火星上曾经存在着大气,科学家对此似乎已经达成了共识。NASA也正在致力于寻找其中的证据,并公开了相关的内容,这一切或许将揭开这个至今难解的问题。

美国宇航局公布了“火星大气与挥发分演化探测器”(MAVEN)的重要发现。MAVEN俗称“马文号”,是世界首颗专门研究火星大气的探测器。它发现了火星由早期温暖湿润,表面可以支持生命存在的环境,变成今天干燥、寒冷星球的关键性原因。

“马文号”发回的资料使研究人员能够确定今天太阳风剥离火星大气的速度。调查结果显示,在发生太阳风暴期间,如日冕物质抛射等现象时,火星大气逃逸速度显著增加,甚至提高10到20倍。

NASA科学副总监、前宇航员约翰‧葛籣斯菲尔德(John Grunsfeld)介绍说:“火星早期拥有一个较厚的大气,足以支持表面存在液态,这对生命产生至关重要。明白火星大气的演化历史,对我们了解其他行星大气层的演变非常有帮助。知晓什么原因导致行星表面从可以有微生物存在,到变得不再拥有生命很重要,这也是美国宇航局载人火星计划正在解决的一个重要问题。”

太阳风是一股高能带电粒子流,主要由质子与电子组成,由太阳上层大气射出,时速可以达到160万公里/小时。在经过火星上层大气时,太阳风带来的磁场会产生电场,并电离火星大气中的原子形成离子逃逸到太空中去。

数十亿年间的太阳活动可能是火星大气层大量丢失,改变火星气候的重要原因。
数十亿年间的太阳活动,可能是火星大气层大量丢失,改变火星气候的重要原因。(示意图/图片来源:Adobe Stock)

“马文号”探测表明,太阳风剥离火星大气层的速度在100克/秒。而在数十亿年前,早期太阳活动非常活跃的时候,火星大气层被太阳风剥离的速度要比现在高很多。在2015年3月发生的数次太阳风暴中,“马文号”监测到火星大气丢失速度加快。数十亿年间的太阳活动(太阳风和太阳风暴等),是火星大气层大量丢失,改变火星气候的重要原因。

相对于火星,地球因有磁场的保护,使太阳风带来的高能粒子流发生偏转,保护了地球大气。虽然早期火星也拥有像地球这样的全球性磁场,但是火星体积只有地球的15%,比地球小得多,因此火星地核冷却得比地球快,地质活动趋缓,磁场消失,大气变薄使液态水无法稳定存在。

此前“马文号”已经监测到太阳风和紫外线如何剥离火星上层大气。新的研究结果表明,火星大气丢失来自三个区域:一个是太阳风经过火星大气后,在火星后面形成的“离子尾”;另一个是火星两极大气粒子逃逸形成的“羽流”;还有就是火星周围扩展开的气体云。“马文号”的科学小组确定火星大气被剥离的离子75%源自“离子尾”,另外有25%源自南北两极形成的“羽流”,而扩展的气体云丢失大气较少。

火星远古时期拥有丰富的液态水,今天火星表面遗留的众多河谷和只有水参与才能形成的各种矿物质,都是当时大量液态水存在的证据。在30亿年前,火星的大气密度要比现在高的多,气候也温暖的多,当时的火星表面存在河流、湖泊,甚至液态水组成的海洋。

虽然NASA公布利用“火星勘测轨道飞行器”得到现在火星表面仍存在季节性出现的盐水流淌的证据,但是今天的火星大气实在太单薄太冷,使液态水无法长期或大量的在火星表面存在。

从“马文号”的项目研究可以得知,太阳风的不断剥离是火星丧失大部分大气的主要机制,这也是造成火星气候显著变化的重要原因。当然,“马文号”也研究了其他损失过程,比如氢原子或离子逃逸的影响等,但这些只会增加大气逃逸的重要意义。

火星上的大气和水的神奇失踪,是否真如NASA科学家们所解释的这般呢?



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