火星曾是一個溫暖潮濕的星球，而如今變成了一個干燥寒冷的世界。有證據(jù)表明，火星上的水是通過大氣逃逸的。因此，了解火星大氣的前世今生對研究行星演化有著重要意義。
2月18日，美國“毅力”號火星探測器進入火星大氣層，在7分鐘內(nèi)完成進入、下降和著陸后，在火星赤道以北的耶澤羅隕石坑成功著陸，將先行開展探測任務(wù)。
一直以來，火星都是科學(xué)家探測和研究的重要天體，火星上是否曾經(jīng)存在過液態(tài)水?其主磁場為何會消失?火星原本的大氣層究竟去哪了?……科學(xué)家一直渴望通過各種手段去探測、揭示火星的種種奧秘。
但有時候，也許我們的目光應(yīng)該從火星上移開，去關(guān)注一下火星附近的“小朋友”。
2月1日，一項發(fā)表在《自然地球科學(xué)》上的研究報告顯示，研究人員利用火星大氣與揮發(fā)份演化探測器——“馬文”號(MAVEN)探測器，在火星的衛(wèi)星——火衛(wèi)一軌道附近觀測到了來自火星大氣的粒子流。研究人員表示，這些粒子中，有許多是氧、碳、氮和氬。數(shù)十億年來，隨著火星大氣層的剝蝕，這些粒子從火星大氣層中逃逸，科學(xué)家推測，部分逃逸的粒子很可能保存在火衛(wèi)一的表面。
火衛(wèi)一上，也許保存著揭示火星謎團的點點“證據(jù)”。
從方向與成分追溯粒子源頭
科學(xué)家推測，火星原本也曾擁有濃厚的大氣層。“但由于沒有像地球那樣的主磁場，火星大氣暴露在太陽風(fēng)中，其大氣成分被太陽紫外線電離后，成為帶電的分子或原子。太陽風(fēng)的電場加速這些帶電粒子，向著太陽的反方向逃逸。”中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員李磊表示，這些粒子在逃逸過程中，很可能撞到火衛(wèi)一上，被火衛(wèi)一的風(fēng)化層吸收，從而保留了下來。
那么，科學(xué)家是如何判斷出火衛(wèi)一軌道附近的粒子來源于火星大氣層呢?李磊表示，火星附近空間的主要粒子源只有2個，一個是火星大氣，另一個是太陽風(fēng)，這兩者的成分不同、能量不同，比較容易區(qū)分。當(dāng)然，不排除行星際空間中還有其他來源的粒子，但這些粒子數(shù)量非常稀少，幾乎可以忽略不計。
此外，火星大氣中的帶電粒子經(jīng)過太陽風(fēng)加速后，進入探測器時會產(chǎn)生電信號，通過測量電信號，就可以反推出粒子的速度、方向、成分等參數(shù)。李磊表示，這些粒子是從一定的方向進入探測器的，根據(jù)這個方向也可以判斷其是否來自火星。
通過火衛(wèi)一來了解火星大氣
“馬文”號探測器是世界上第一個專門用于研究火星高層大氣的探測器，它于2013年11月18日發(fā)射，2014年9月22日進入環(huán)繞火星的橢圓軌道。
與已經(jīng)抵達火星表面的“毅力”號火星探測器不同，“馬文”號探測器大部分時間里都會在近火點約150千米、遠火點約6000千米的橢圓軌道環(huán)繞火星運行。即便距離火星最近時，也與火星表面相隔125千米，即火星高層大氣的“最下邊界”，以獲得不同高度火星大氣的分析數(shù)據(jù)。
“馬文”號探測器在環(huán)繞火星運轉(zhuǎn)時，每天都穿過火衛(wèi)一的軌道5次，研究人員正是利用這種機會，在火衛(wèi)一軌道附近發(fā)現(xiàn)了來自火星大氣的帶電粒子?？茖W(xué)家通過研究這些粒子，能夠揭示火星逃逸大氣與火衛(wèi)一的關(guān)系。
李磊表示，火星大氣的逃逸，與火星氣候變遷有著密切的關(guān)系，而火星氣候的變遷又可能導(dǎo)致了其地質(zhì)條件的改變。
火星曾是一個溫暖潮濕的星球，而如今變成了一個干燥寒冷的世界。有證據(jù)表明，火星上的水是通過大氣逃逸的。因此，了解火星大氣的前世今生對研究火星演化有著重要意義。
目前，飛往火星的三大“訪客”中，美國“毅力”號火星探測器已落地。中國的天問一號搭載了離子與中性粒子分析器，可以觀測逃逸的火星大氣粒子成分。但李磊也坦言，具體是否可以測量到達火衛(wèi)一的粒子流，還需要視天問一號的軌道數(shù)據(jù)而定，如果與火衛(wèi)一的軌道有交會，就可以開展相關(guān)探測。
此外，日本正準(zhǔn)備在2024年向火衛(wèi)一發(fā)射火星衛(wèi)星探測器(MMX)，直接從火衛(wèi)一表面收集第一批樣本，并將它們送到地球。到時候，除了能夠獲得火衛(wèi)一的相關(guān)數(shù)據(jù)外，還有可能帶回一些關(guān)于火星未知的線索，通過分析火衛(wèi)一土壤的樣本，研究火星不同時期的大氣成分。(記者陳曦)
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