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MAVEN揭示了火星如何失去其氛围

发布日期:2018-05-16

这位艺术家的概念描绘了火星早期的环境(右) - 据信含有液态水和更浓的气氛 - 与今天火星上看到的寒冷干燥环境相比(左图)。美国宇航局的火星大气层和挥发性演化在红色星球轨道上研究其上层大气,电离层和与太阳和太阳风的相互作用。

em美国国家航空航天局MAVEN航天器的新结果表明,太阳风和辐射是剥离火星大气层的责任,将火星从一个本来可以支持数十亿年前生命的星球转变成寒冷的沙漠世界。 / em

“我们已经确定,大多数存在于火星大气中的气体都已经被空间损失了,”博尔德科罗拉多大学火星大气和挥发性进化任务(MAVEN)的首席研究员Bruce Jakosky说。该团队从最新结果中做出了这一决定,结果表明大约有65%的大气中的氩气已经损失到太空。 Jakosky是科学杂志发表的主要作者。

2015年,MAVEN团队成员先前公布的结果显示,今天大气中的气体正在流失,并描述了气氛如何被剥夺。目前的分析使用当今大气的测量值来首次估算多少气体随时间流失。

今天,火星表面上的液态水对于生命至关重要,因为它的气氛太冷,太薄而不能支撑它。然而,类似干燥的河床和仅在液态水存在下形成的矿物的特征等证据表明,古老的火星气候差别很大 - 足够温暖,水可以长时间在地表上流动。

该信息图显示了由于'溅射'导致火星随着时间流逝失去了氩气和其他气体。点击放大。

“这一发现是朝着解开火星过去环境的奥秘迈出的重要一步,”美国国家航空航天局总部华盛顿州MAVEN项目科学家Elsayed Talaat说。 “从更广泛的角度来看,这些信息告诉我们关于随着时间的推移可能改变星球可居住性的过程。”

一颗行星可能会失去一些气氛。例如,化学反应可以将气体锁定在表层岩石中,或者可以通过辐射和来自行星的母星的恒星风来侵蚀大气。新的结果表明,太阳风和辐射是火星上大部分大气损失的原因,耗尽足以改变火星的气候。太阳风是一股不断从太阳表面吹出的导电气体。

早期的太阳有更强烈的紫外线辐射和太阳风,所以在火星的历史中,这些过程所造成的大气损失可能要大得多。据团队说,这些过程可能是控制地球气候和可居住性的主导过程。在火星的历史早期,微生物可能存在于地表。随着行星冷却并干涸,任何生命都可能被驱赶到地下或被迫进入稀有的表面绿洲。

Jakosky和他的团队通过测量两种不同的氩气同位素的大气丰度获得了新的结​​果。同位素是具有不同质量的相同元素的原子。由于两种同位素中的较轻者更容易逸出到空间,所以它将使剩余的气体富集在较重的同位素中。该小组利用在高层大气和地面测量的两种同位素的相对丰度来估算已经损失到太空的大气气体的比例。

作为“惰性气体”,氩气不会发生化学反应,因此不能被隔离在岩石中;唯一可以将惰性气体移入太空的过程是太阳风称为“溅射”的物理过程。在溅射过程中,太阳风吸收的离子可以高速撞击火星,并将大气中的气体撞击到太空中。该团队跟踪了氩气,因为它只能通过溅射去除。一旦他们确定了溅射损失的氩气量,他们可以使用这些信息来确定其他原子和分子(包括二氧化碳(CO2))的溅射损失。

二氧化碳是有趣的,因为它是火星大气的主要成分,并且因为它是一种有效的温室气体,可以保留热量并加热地球。 Jakosky说:“我们确定地球上大部分的二氧化碳都会因溅射而流失到太空中。 “还有其他的工艺可以去除二氧化碳,因此可以减少二氧化碳在空间中的损失。”

该团队使用MAVEN的中性气体和离子质谱仪(NGIMS)收集的火星上层大气数据进行了估算。这项分析包括美国航天局在火星上的样本分析(SAM)仪器上的火星表面上的测量数据,这些数据来自好奇号探测器。

美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的保罗马哈菲说:“这些综合测量可以更好地确定在数十亿年内有多少火星氩损失太空。 “使用来自两个平台的测量数据表明具有多个任务进行互补测量的价值。”该论文的共同作者,Mahaffy是SAM仪器的首席研究员,也是NGIMS仪器的负责人,这两个研究都是在美国宇航局戈达德。

该研究由MAVEN任务提供资金。 MAVEN的主要研究人员位于科罗拉多大学的大气与空间物理实验室Boulder,NASA Goddard负责管理MAVEN项目。 MSL /好奇心由加利福尼亚州帕萨迪纳的美国宇航局喷气推进实验室管理。


em火星曾经是一个潮湿的星球,如何失去早期的大气?一种可能性是通过称为“溅射”的过程,其中由于与高能粒子的撞击而将原子从大气中撞击掉。 / em

出版物:B. M. Jakosky等人,“从38Ar / 36Ar的高层大气测量得到的火星大气历史”,科学31 Mar 2017:Vol。 355,Issue 6332,pp.1408-1410; DOI:10.1126 / science.aai7721

来源:美国宇航局吉姆威尔逊