夏季天体生物学综述 #1:火星如何失去其活力

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。


年轻的火星,年老的火星?(原始图像:NASA)

 

 


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北半球的夏季,对某些人来说,人类生活节奏稍稍放缓。然而,科学仍在继续,最近几周出现了一些引人入胜的发现和研究成果。

#1 火星如何失去其活力……以及大气层。

有时候,重新确认一个猜想是好事。“好奇号”火星车的火星样品分析(SAM)实验室一直在探测稀薄火星空气的同位素组成。早期对碳-12和碳-13、氧-16、17和18,或氢和氘等同位素比例的测量表明,与行星的原始组成相比,较重原子核的丰度有所提高。这是一个非常特殊的特征,甚至在地球上收集的火星陨石中捕获的微小“气泡”状大气中也能看到。现在,SAM的质谱仪激光光谱仪都证实了大气中存在“重”同位素比率偏斜。

最合理的物理原因是,在过去的46亿年中,火星一直在向太空散失较轻的同位素——留下较重的同位素。较轻的原子更有可能从大气层顶部逃逸——在那里,粒子不再频繁碰撞,而是有效地沿弹道轨迹飞驰。原子或分子质量越小,它以逃逸速度运动的可能性就越大,并可能被太阳风质子或其他辐射增强或“溅射”到太空。

事实上,看起来大部分损失可能早在40亿年前就已经发生,那大约是火星形成后仅仅6亿年。因此,年轻的火星可能曾经拥有浓厚的大气层和强大的温室效应,以保持液态水在其表面流动——这与关于火星湿润温暖历史的大量其他证据相符。

这种快速大气流失的部分原因可能是由于缺乏或早期消失了强大的行星磁场。有证据表明,这种磁场曾经存在,但似乎在行星仅有约5亿年历史时就消失了。

相比之下,在地球上,我们长期存在的磁场有助于阻止太阳粒子辐射的侵蚀效应,并使我们能够维持我们良好的浓厚大气层。为什么火星没有保持其磁场?我们不知道,但有人推测,是某种原因关闭了其内部行星发电机——甚至可能是一两次小行星撞击

这些新的测量结果也有助于为NASA的下一个火星任务“火星大气与挥发演化探测器(MAVEN)”奠定基础,该任务计划于2013年11月下旬或12月初发射,并于2014年9月抵达火星。MAVEN的任务是测量今天火星的大气流失。它还将下降到仅80英里的高度,以直接采样高层大气的成分,并监测太阳辐射与火星环境的相互作用。

MAVEN收集的信息将帮助我们了解今天的火星,但更重要的是了解火星在过去数十亿年中的演变过程。当我们继续研究越来越小的系外行星时,它也将代表一个关键的“地面实况”,其中许多系外行星可能更像火星,而不是像地球。

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