火卫一或可揭示火星的“秘密”

发布时间:2021-02-22 14:31 来源:摘自科技日报 阅读次数:
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2月18日,美国“毅力”号火星探测器进入火星大气层,在7分钟内完成进入、下降和着陆后,在火星赤道以北的耶泽罗陨石坑成功着陆,将先行开展探测任务。

一直以来,火星都是科学家探测和研究的重要天体,火星上是否曾经存在过液态水?其主磁场为何会消失?火星原本的大气层究竟去哪了?关于火星的秘密,还有许多许多,科学家一直通过各种手段去探测、揭示火星的种种奥秘。

但有时候,也许我们的目光应该从火星上移开,去关注一下火星附近的“小朋友”。

2月1日,一项发表在《自然地球科学》上的研究报告显示,研究人员在火星的最大卫星——火卫一轨道附近观测到了来自火星大气的粒子流。研究人员表示,这些粒子中,有许多是氧、碳、氮和氩粒子。数十亿年来,随着火星大气层的脱落,这些粒子从火星大气层中逃逸,科学家推测,这些逃逸的粒子很可能保存在火卫一的表面。

火卫一上,也许保存着揭示火星谜团的点点“证据”。

从方向与成分追溯粒子源头

行星大气中的原子和分子,有时会以离子的形式逃逸,加速进入太空。当这颗行星拥有一个绕其运行的卫星时,那些逃逸原子和分子可能会被植入卫星的表面,并保存在其表层部分。

科学家推测,火星原本也曾拥有浓厚的大气层。“但由于没有像地球那样的主磁场,火星大气暴露在太阳风中,其大气成分被太阳紫外线电离后,成为带电的分子或原子。太阳风的电场加速这些带电粒子,向着太阳的反方向逃逸。”中国科学院国家空间科学中心研究员李磊表示,这些粒子在逃逸过程中,很可能撞到火卫一上,被火卫一的风化层吸收,从而保留了下来。

那么,科学家是如何判断出火卫一轨道附近的粒子是来源于火星大气层而非其他途径呢?李磊表示,火星附近空间的主要粒子源只有2个,一个是火星大气,令一个就是太阳风,这两者的成分不同、能量不同,比较容易区分。当然,不排除行星际空间中还有其他来源的粒子,但这些粒子数量非常稀少,几乎可以忽略不计。

此外,火星大气中的带电粒子经过太阳风加速后,进入探测器时会产生电信号,通过测量电信号,就可以反推出粒子的速度、方向、成分等参数。李磊表示,这些粒子是从一定的方向进入仪器的,根据这个方向也可以判断其是否来自火星。

通过火卫一来了解火星的前世今生

此次发现得益于火星大气与挥发份演化探测器——“马文”号(MAVEN)探测器。“马文”号探测器是世界上第一颗专门用于研究火星高层大气的探测器,它于2013年11月18日发射,2014年9月22日进入环绕火星的椭圆轨道。

与已经抵达火星表面的“毅力”号火星探测器不同,“马文”号探测器在大部分时间里都会在近火点约150千米、远火点约6000千米的椭圆轨道环绕火星运行。即便距离火星最近时,也与火星表面相隔125千米,即火星高层大气的“最下边界”,以获得不同高度的火星大气分析数据。

“马文”号探测器在环绕火星运转时,每天都穿过火卫一的轨道5次,研究人员正是利用此次机会,在火卫一轨道附近,发现了来自火星大气的带电粒子。科学家不仅能够通过研究这些粒子,揭示火星大气逃逸的历史,还可以通过采集分析火卫一土壤的样本,研究火星不同时期的大气成分。

李磊表示,火星大气的逃逸,与火星气候变迁有着密切的关系,而火星气候的变迁又可能导致了其地质条件的改变。

火星曾是一个温暖潮湿的星球,而如今变成了一个干燥寒冷的世界。有证据表面,火星上的水是通过大气逃逸的。因此,了解火星大气的前世今生对研究行星演化有着重要意义。

目前,飞往火星的三大“访客”中,美国“毅力”号火星探测器已落地。中国的天问一号搭载了离子和中性原子分析器,可以观测逃逸的火星大气粒子成分。但李磊也坦言,具体是否可以测量到达火卫一的粒子流,还需要视天问一号的轨道数据而定,如果与火卫一的轨道有交会,就可以开展相关探测。

此外,日本正准备在2024年向火卫一发射火星卫星探测器(MMX),从火卫一表面收集第一批样本,并将它们送到地球。到时候,除了能够获得火卫一的相关数据外,还有可能在火卫一上,带回一些关于火星未知的线索。