美國MAVEN號飛船起航探求火星大氣失蹤之謎

張駿 楊敦銳/編譯

美國MAVEN號飛船起航探求火星大氣失蹤之謎

張駿 楊敦銳/編譯

準(zhǔn)備中的MAVEN號

美國宇航局（NASA）價值4.85億美元的“火星大氣與揮發(fā)物演化”（MAVEN）號飛船，在當(dāng)?shù)貢r間2013年11月18日，從位于佛羅里達州的卡納維拉爾角起航。如果2014年9月MAVEN成功抵達火星，它將會研究這個星球外大氣層的氣體如何逃逸到太空，以及在過去的數(shù)十億年里損失率的變化情況。

MAVEN抵達火星后，將探索太陽風(fēng)是如何與火星大氣層相互作用并如何將大氣削弱的。“MAVEN的工作將為火星如何演化成如今的模樣提供更堅實可靠的論據(jù)，”伯克萊加利福尼亞大學(xué)空間物理學(xué)家珍妮特·盧曼（Janet Luhmann）說道。同時，她還是這一任務(wù)的副首席研究員。

火星的峽谷景觀以及其巖石中的化學(xué)證據(jù)表明，火星曾經(jīng)有一個厚厚的大氣層，可以保證其表面有足夠的溫度使水流動。但大部分的大氣后來消失了，如今，火星大氣密度只有大約地球的1%。火星太小，以至于它的地心引力對大氣的控制很弱。大約4億年前，當(dāng)防護性全球磁場關(guān)閉時，火星對其外層大氣的掌控進一步減弱。

MAVEN的儀器將探索大氣原子逃脫的幾種方式。紫外攝譜儀測量大氣的主要成分，包括氫元素中氘（另稱“重氫”）的比重。火星大氣中富含氘，因為不像氫那樣重量較輕，它沒有足夠的熱能掙脫火星的引力。將星球表面古老巖石內(nèi)的氘氫比例與大氣中的進行對比，就有可能揭示隨著時間推移這種氣體的損失率。

其他的火星任務(wù)曾研究過另一種類型的大氣消失：帶電粒子的消耗。1988年，蘇聯(lián)“火衛(wèi)二”第一次對其進行了詳盡的測量，并證明是太陽風(fēng)將離子從火星大氣層中剝離。2007年，歐洲航天局的“火星快車”探測器發(fā)現(xiàn)，氧氣和二氧化碳每秒都會失去一定量離子。

不同于這些任務(wù)，MAVEN還將有能力對第三類逃逸方式進行研究：中性粒子的衰減，如形成于大氣上層并因其具有較高能量而逃逸的熱氧原子。此外，MAVEN將能夠研究來自太陽的極紫外線涌入時的變化，并觀察其與由太陽風(fēng)暴引起的太陽風(fēng)的差異，以便測量太陽活動對大氣損耗的影響。這些測量將會共同繪制出一張比以往更詳細(xì)的大氣逃逸的圖片，科羅拉多大學(xué)波爾德分校的行星地質(zhì)學(xué)家，也是這一項目的策劃人布魯斯·賈科斯基（Bruce Jakosky）說。

“火星快車”也將繼續(xù)做出貢獻。包括那些為MAVEN工作在內(nèi)的科學(xué)家打算對兩個航天器進行同步觀測。當(dāng)雙方都進入軌道后，由于是橢圓路徑，它們距離星球表面有時是幾百公里，有時是幾千公里。測試時其中一個深入在火星大氣中，而另一個會在遠處獲得一個更廣闊的視角。“有兩個航天器能夠圍繞同一主題工作是非常令人興奮的，”在瑞典的基律納空間物理研究所里，“火星快車”的科學(xué)小組成員斯塔斯·巴拉巴什（Stas Barabash）如是說。

“火星快車”已經(jīng)獲得資助可以一直運作到2016年底。印度的第一個火星任務(wù)——甲烷嗅探飛行器，于2013年 11月5日發(fā)射，它將與MAVEN相遇：因為它們會在同一個月到達火星。

MAVEN的短期任務(wù)為期一年以實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，但同時它還會在外太空長期服役，履行通信任務(wù)，通過電子眼觀察火星大氣的侵蝕。

[資料來源：Nature][責(zé)任編輯：粒 灰]