NASA新發現, 火星大氣層流失, 形成後不久便無法存活生命

火星大氣演化歷程:形成後不久便無法存活生命

美國東部時間11月5日14:00(台灣時間11月6日凌晨3:00)美國NASA召開新聞發布會,介紹了正在火星軌道運行的火星大氣與揮發分演化探測器(MAVEN)在其最初6個月內獲得數據的初步分析結果。這些結果首次以確鑿數據的形式揭示了火星大氣散逸的速率、路徑以及火星大氣的演化歷程。同時,MAVEN的探測結果也表明,在火星形成之後不久,這顆星球上出現生命的機會便已經不復存在了,而當時,地球上剛剛出現最原始的微生物。

MAVEN的探測數據表明,在過去火星曾經擁有相對濃密的以二氧化碳為主的大氣層,從而使其得以維持一定大氣壓強並確保液態水能夠在其地表存在。然而在大約37億年前,這顆紅色星球便失去了其大部分的大氣。

MAVEN探測項目首席科學家,美國科羅拉多大學大氣與空間物理學實驗室(LASP)的布魯斯·雅各斯基(Bruce Jakosky)表示:“我們認為整個過程大約發生在42~37億年前。”

不過,他同時也指出,MAVEN的這一發現並不能排除火星作為古老生命誕生地的可能性。畢竟,科學家們知道地球至少在大約38億年前便已經出現了最早的生命形式,並且一項最新的發現表明地球上甚至可能在41億年前便已經出現了生命。

雅各斯基指出:“在地球上最早生命誕生的時期,火星似乎仍然擁有較為溫和的環境。但這並不能表明火星上當時產生了生命,但這樣的可能性是存在的。至少,提出火星上是否可能出現過生命,這不是一個愚蠢的傻問題。”

變化中的火星

眾所周知,今日的火星寒冷而乾燥(儘管上個月NASA剛剛宣佈在火星地表發現了季節性存在的液態水體,但那是在少數局部地區並且數量非常少),但在遙遠的過去,火星的情況則完全不同。正在火星地表工作的好奇號火星車以及其他探測器獲得的數據表明在數十億年前,火星曾經擁有過溫和濕潤的環境。當時的火星地表存在著廣泛的河流和湖泊系統,甚至是覆蓋火星表面廣大地區的巨大海洋。

這顆星球的巨大轉變是與其大氣散逸有關的,今天的火星大氣密度僅相當於地球上海平面處大氣密度的1%不到。科學家們長期以來一直想要了解火星上究竟發生了什麼事情,而這正是價值超過6.71億美元的MAVEN探測器所要弄清楚的問題。

自從2014年11月以來,MAVEN探測器一直在火星軌道上對這顆星球的上層大氣情況進行監測,測量這裡的氣體成分向太空散逸的速率。這顆探測器的工作將幫助科學家們更好地了解火星氣候演化歷史以及在遙遠的歷史上曾經孕育生命的可能性高低。

11月6日,美國《科學》雜誌以專刊形式報導了MAVEN項目組發表的一系列探測結果。比如其中一項研究認為過去更加強大的太陽爆發可能在造成火星大氣丟失的過程中扮演了重要角色。

在那篇文章中,雅各斯基和他的同事們報告了在2015年3月發生的一次劇烈的日冕物質拋射(CME)事件對火星大氣產生的顯著影響。日冕物質拋射是一種劇烈的太陽爆發現象,當其發生時太陽會向外釋放出大量高能帶電粒子流。根據MAVEN探測器的最新測量結果,目前火星大氣每秒大約損失100克物質,但在發生CME等太陽爆發事件期間,這一速率將會提升10~20倍。

 

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圖為藝術家所繪的太陽風暴擊中火星、並使火星上層大氣分子或原子電離、產生極光的場景。圖為藝術家所繪的太陽風暴擊中火星、並使火星上層大氣分子或原子電離、產生極光的場景。

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Maven的全稱是“火星大氣與揮發演化探測器”(Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN),於2013年發射升空,並從2014年9月起圍繞火星轉動。

相比今天,在大約40億年前這樣的太陽爆發事件強度更高也更加頻繁,與此同時太陽產生的極紫外輻射強度也要比今天高得多。強烈的太陽風會猛烈轟擊早期火星的大氣層。雅各斯基指出,所有這些都會造成火星在其演化早期階段的大氣丟失。

而所有這些都發生在火星失去其全球性磁場之後不久。在此之前,火星的磁場保護著這顆星球,對抗來自太陽風的侵蝕,而當磁場逐漸消失,這種保護也隨之消失了。在那之後,在短短數億年內,火星大氣向宇宙空間的散逸率大大提升。

極光、行星際塵埃和其它東西

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圖為NASA的MAVEN探測器於2014年12月發現的火星極光。火星極光在整個北半球都有著廣泛分佈。圖為NASA的MAVEN探測器於2014年12月發現的火星極光。火星極光在整個北半球都有著廣泛分佈。

 
其它幾篇發表在期刊《科學》(Science)上的論文中分析了火星上層大氣的組成,為火星上攝人心魄的極光提供了更多最新細節。從某種程度上來說,這些極光與地球北半球的極光有些相似之處。此外,這些論文中還報告了本次探索任務中發現的一些塵埃,而這些塵埃似乎是從行星際塵埃演變過來的。

“這不在我們的預料之內,”雅各斯基說道,他在今年三月於德克薩斯州舉辦的第46屆月球與行星科學大會上首次公佈了這一探測結果,“它說明,太陽粒子能夠直接進入火星大氣,並與後者發生反應,產生極光。”

MAVEN探測器於2014年12月首次通過其成像紫外線光譜儀發現了火星上極光的存在。從“成像紫外線光譜儀”這個名字就可以看出,這台儀器對紫外線十分敏感。

“我們知道,火星上在產生紫外線的同時,也會產生可見光,而如果它們足夠明亮的話,在我們看來就是綠色、紅色、或藍色。”該論文的主要作者、來自大氣與空間物理實驗室(LASP)的尼克·施​​耐德(Nick Schneider)指出,“我們認為,火星上的這一現象或許亮度還不夠,但其它事件或許能產生足夠的亮度。所以,如果你待在火星上的時間和麥特·戴蒙(Matt Damon,美國影星,常出演火星題材電影)一樣多,也許你就有機會親眼目睹了!”

施耐德補充說,MAVEN探測器的觀測還顯示,火星上到處都可以產生極光,不像地球上通常只有高緯度地區才能出現這一現象。

“我們的觀測準確無誤地證明,即使是像火星這麼一顆沒有全球性磁場的行星,也可以受到太陽風和太陽風暴的影響,並受到後者的撞擊,產生極光。”

雅各斯基表示,除了極光之外,本次MAVEN探測器在火星表面124英里至621英里(約合150至1000公里)處發現的塵埃同樣也是一份意外之喜。

“我們的探測器遇到了大量塵埃,”他說道,“我們認為這些塵埃是來自火星系統之外的。”

他還補充說:“能檢測到這些塵埃存在,本身就是一件怪事。但這些塵埃也為我們在此前由MAVEN探測到的火星電離層中一層狀態穩定的金屬離子層創造了條件。它們能夠影響到火星上層大氣的化學和能量組成。我們還沒能研究出什麼結果,但它肯定是一個極為重要的發現。”

這些發現僅僅是MAVEN探測器在過去一年間所做的事情的一小部分而已。除此之外,MAVEN項目組今天還在期刊《地球物理研究快報》(Geophysical Research Letters)上發表了44篇相關研究成果——沒錯,就是44篇!

“我們能夠走到今天的這一步,能夠回答該任務開始之初我們所提出的那些問題,著實令人欣慰,”雅各斯基說道,“有了這樣的基礎,我們就能對火星上氣候變化的原因進行更多的了解,從更寬泛的角度普及與火星相關的知識。”

 

 

出處:新浪網

作者:晨風葉子

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