火星大氣消失之謎

2015年11月，美國國家航空航天局（NASA）公開發布了馬文號關于火星大氣探測的“重要發現”，是繼發現火星液態水存在的證據之后，又一振奮人心的消息。那么，這個“重要發現”究竟有多大含金量？不賣關子了，讓筆者為您娓娓道來。

經過幾十年的火星探測，許多新發現不斷沖擊著人類的想象力，給我們帶來探索未知世界的驚喜。我們越是了解火星，對火星內部、火星表面和火星大氣之間的相互聯系就越清晰。火星是否具有適合人類移居的潛力？火星上是否存在液態水？火星氣候是如何變遷的？回答這些問題的關鍵，就是了解火星不同系統之間的相互作用，以及這些作用隨時間變化的歷史。

“發現者”馬文號

馬文號（MAVEN）是火星大氣與揮發物演化探測器的英文縮寫，是世界上第一顆專門用于研究火星高層大氣的探測器。它于2013年11月18日發射，2014年9月22日進入環繞火星的橢圓軌道，目前已在軌探測一年多。它曾在火星北半球發現了紫外線極光，并在高層大氣中探測到神秘的塵埃云。

除了馬文號之外，目前還有3顆探測器正在環繞火星探測，其中包括NASA于2001年發射的奧德賽號火星軌道器和2005年發射的火星勘測軌道飛行器，以及歐洲航天局（ESA）在2003年發射的火星快車軌道器。此外，在火星表面還有兩輛火星車正在開展巡視探測，分別是2003年發射的機遇號和2011年發射的好奇號。

與耗資26億美元、研究火星表面地質和物質組成的好奇號火星車不同，馬文號是第一顆探測火星高層大氣的探測器，大部分時間，它都會在近火點約150千米、遠火點6000千米的橢圓軌道環繞火星運行；但也曾數次下降到距離火星表面125千米處，即火星高層大氣的“最下邊界”，以獲得不同高度的火星大氣分析數據。

火星大氣去哪兒了？

前文說過，科學家們在火星表面或一定深度都沒有發現充足的含碳礦物，這些證據否認了人們曾經的猜想——火星上曾經濃厚的二氧化碳被埋藏到地下。那么，會不會有一種可能：火星大氣逃逸、消散到太空中，可能是火星氣候變化的主要原因。馬文號就通過測量火星高層大氣與太陽和太陽風的相互作用，研究出了火星大氣的逃逸過程。

原來，由于火星沒有全球性的磁場，太陽風可以直接抵達火星，將火星高層大氣中的帶電離子驅趕走。而我們所身處的地球，由于有磁場的保護，帶電的太陽風離子就無法直接抵達地球大氣層。這也致使太陽風離子對地球和火星上的大氣產生了不同的影響。馬文號測量了火星大氣中離子的總逃逸速率及其速率變化，探測結果發現，過去40億年中，火星大氣粒子逃逸對氣候變遷有巨大影響。

據探測，火星大氣的逃逸主要發生在三個區域：一是火星面向太陽風一側，該側火星大氣被太陽風電離后“吹”到火星陰面并逃逸出大氣層，占大氣逃逸總量的75%；二是極區上空，占火星大氣逃逸總量約25%；三是繞火星的延展云層，僅占火星大氣逃逸總量的很小一部分。不僅僅是太陽風，不時出現的太陽風暴對火星大氣的影響更為顯著。尤其是在太陽系形成早期，太陽風暴出現的幾率更為頻繁。當太陽風暴擊中火星大氣層時，大氣逃逸速率將提高約10～20%。平均每秒約有100克的火星大氣被“吹走”，相當于兩個雞蛋的質量。

目前，火星上仍殘存著稀薄的大氣層。而在太陽系的八大行星中，火星的自然環境與地球最為相似，是唯一經改造后適合人類長期居住的天體。科學界越來越清晰地認識到，火星是人類面臨重大災難時最有可能去的避險地。此次馬文號對火星大氣消失之謎的關鍵性發現，將有助于進一步了解這顆神秘的紅色行星，并為實現人類首次登陸火星提供重要依據。