據(jù)說又是重大發(fā)現(xiàn)
北京時(shí)間11月6日凌晨3點(diǎn),美國東部時(shí)間11月5日下午2點(diǎn),美國航空航天局通過NASA電視臺(NASA TV)在其華盛頓總部的詹姆斯 韋伯禮堂舉行新聞發(fā)布會,介紹馬文號探測火星大氣的重要發(fā)現(xiàn)。
參加新聞發(fā)布的科學(xué)家包括:NASA火星探索項(xiàng)目首席科學(xué)家邁克爾 邁耶、馬文號首席科學(xué)家布魯斯 亞科斯基(Bruce M. Jakosky,科羅拉多大學(xué)波爾得分校大氣與空間物理實(shí)驗(yàn)室)、馬文號太陽風(fēng)離子分析儀責(zé)任科學(xué)家賈斯彭 赫拉卡斯(愛荷華大學(xué))、馬文號科學(xué)家團(tuán)隊(duì)成員、華人科學(xué)家董亞雪(科羅拉多大學(xué)大氣與空間物理實(shí)驗(yàn)室)、馬文號合作研究員大衛(wèi) 布雷恩(科羅拉多大學(xué)大氣與空間物理實(shí)驗(yàn)室)。新聞發(fā)布會給現(xiàn)場記者安排了簡短的問答環(huán)節(jié),感興趣公眾也可以通過電話連線或NASA社交賬號參與互動。
馬文號(MAVEN)是火星大氣與揮發(fā)分演化探測器的英文縮寫,是第一顆專門研究火星高層大氣的探測器,目的是回答火星大氣消失的原因。2013年11月19日發(fā)射,2014年9月22日進(jìn)入環(huán)繞火星的橢圓軌道。目前已在軌探測一年多,在火星北半球發(fā)現(xiàn)了紫外線極光,并在高層大氣中探測到神秘塵埃云。
太陽風(fēng)吹走火星高層大氣示意圖
馬文號究竟發(fā)現(xiàn)了什么
與NASA新聞發(fā)布會同步的是,著名科學(xué)期刊《Science》發(fā)表了馬文號的四篇論文,以《馬文號探測火星高層大氣》(MAVEN Explores the Martian Upper Atmosphere)專刊的形式在線發(fā)表。地球物理研究快報(bào)也有相關(guān)的文章報(bào)道研究成果。這些研究成果成為今天新聞發(fā)布會的主要依據(jù)。
經(jīng)過幾十年的火星探測,包括軌道器、著陸器和火星車的探測,火星探測的新發(fā)現(xiàn)不斷沖擊人類的想象力,給我們帶來探索未知世界的驚喜。我們越是了解火星,就越可以發(fā)現(xiàn)火星內(nèi)部、火星表面和火星大氣之間的相互聯(lián)系?;鹦鞘欠窬哂羞m合人類移居的潛力?火星上是否存在大規(guī)模的水?火星氣候是如何變遷的?回答這些問題的關(guān)鍵,是了解火星不同系統(tǒng)之間的相互關(guān)系隨時(shí)間變化的歷史。
之前的火星探測任務(wù)已經(jīng)證明,火星曾經(jīng)有過大規(guī)模的液態(tài)水,這要求火星有濃厚的二氧化碳大氣層,以實(shí)現(xiàn)持有液態(tài)說所需要的溫室效應(yīng)。但大氣層中的二氧化碳來自哪里?火星上的液態(tài)水來自哪里?我們在火星表面或一定深度都沒有發(fā)現(xiàn)充足的含碳礦物,無法支持火星曾經(jīng)濃厚二氧化碳被埋藏到了地下。然而,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。馬文號通過測量火星高層大氣與太陽和太陽風(fēng)的相互作用,研究火星大氣逃逸過程。
由于火星沒有全球性的磁場,太陽風(fēng)可以直接抵達(dá)火星,將火星高層大氣中的帶電離子驅(qū)趕走。而地球由于有磁場的保護(hù),帶電的太陽風(fēng)離子無法直接抵達(dá)地球大氣層,導(dǎo)致太陽風(fēng)離子對地球和火星大氣產(chǎn)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(jié)果發(fā)現(xiàn),過去40億年中,火星大氣粒子逃逸對氣候變遷有巨大影響。
全球性的偶極磁場保護(hù)了地球大氣層
火星大氣逃逸主要發(fā)生在三個(gè)區(qū)域:一是太陽風(fēng)吹到火星背面,占大氣逃逸總量的75%;二是極區(qū)上空,占大氣逃逸總量的約25%;三是繞火星的延展云層,僅占大氣逃逸總量的很小部分。
不僅太陽風(fēng),不時(shí)出現(xiàn)的太陽風(fēng)暴產(chǎn)生的影響更為顯著。尤其是在太陽系形成的早期,太陽風(fēng)暴出現(xiàn)的幾率更頻繁。
當(dāng)太陽風(fēng)暴擊中火星大氣層時(shí),大氣逃逸速率將提高約10-20%。平均火星每秒約有100克的大氣被吹走,相當(dāng)于一個(gè)大面包的質(zhì)量。
火星最近很忙,NASA要干大事
目前,火星軌道上共有3顆探測器正在工作,其中包括2001年發(fā)射的“奧德賽”號火星軌道器、2005年發(fā)射的“火星勘測軌道器”和歐空局2003年發(fā)射的“火星快車”軌道器。火星表面還有兩輛火星車正在工作,分別是2003年發(fā)射的“機(jī)遇”號和2011年發(fā)射的好奇號。
與耗資26億美元、研究火星表面地質(zhì)和物質(zhì)組成的好奇號火星車不同,馬文號是第一顆探測火星高層的探測器,大部分時(shí)間停留在距離火星表面約150千米至6000千米間的橢圓軌道,并5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,獲得不同高度的火星大氣分析數(shù)據(jù)。而對火星大氣的認(rèn)識和了解將有助于人類未來登陸火星的計(jì)劃。
雖然發(fā)射時(shí)間晚于2013年11月5日發(fā)射的印度曼加里安號火星探測器,但馬文號于2014年9月22日進(jìn)入火星軌道,比曼加里安號提前兩天抵達(dá)火星。美國人一直對印度“搶先”發(fā)射的曼加里安號嗤之以鼻,他們認(rèn)為,曼加里安號根本沒法與好奇號、馬文號相比。印度的火星探測在很大程度僅僅只是技術(shù)展示,說明印度有火星探測的能力,但其科學(xué)探測能力完全無法與先進(jìn)的好奇號或馬文號相提并論,也就是說,曼加里安號并不會有什么像樣的科學(xué)成果,而只是一次技術(shù)驗(yàn)證。
7月,飛越冥王星,發(fā)現(xiàn)另一個(gè)地球;9月,發(fā)現(xiàn)火星現(xiàn)存液態(tài)水;11月,發(fā)現(xiàn)火星大氣消失之謎,NASA今年真的很忙。特別是數(shù)次通過提前預(yù)告、渲染神秘氣氛的方式,成功吸引了全球媒體的廣泛關(guān)注。雖然此舉有炒作嫌疑,但讓更多的人關(guān)注太空、關(guān)注科學(xué),無疑比娛樂惡搞、噱頭營銷要好得多。
火星是美國太陽系探測戰(zhàn)略的核心。目前,火星探測的科學(xué)戰(zhàn)略從早期的全球普查,逐漸聚焦到對重點(diǎn)地區(qū)開展精細(xì)探測;從火星找水逐步轉(zhuǎn)到尋找生命信息??茖W(xué)界越來越清晰地認(rèn)識到,火星是人類面臨重大災(zāi)難時(shí)最有可能去的避險(xiǎn)地?;鹦巧习l(fā)現(xiàn)了三角洲、沖擊扇、溝渠等大量流水侵蝕地貌;一些盆地與中國柴達(dá)木盆地中的干涸鹽湖十分相似,說明火星上曾經(jīng)發(fā)育過大型湖泊;2007年發(fā)射的鳳凰號著陸器直接探測到了火星土壤中的水蒸氣。這些證據(jù)表明,火星土壤就像青藏高原的凍土層一樣,現(xiàn)在仍然含有水。
雖然有些力不從心,但NASA的雄心從未消退。它一心就想干一番大事業(yè)——實(shí)現(xiàn)人類登陸火星的夢想。在太陽系中,火星的自然環(huán)境與地球最相似,是唯一經(jīng)改造后適合人類長期居住的天體。自9月28日NASA宣布在火星表面發(fā)現(xiàn)液態(tài)水后,更多跡象表明火星可能擁有適宜生命存在的環(huán)境。此次馬文號對火星大氣消失之謎的關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)將有助于進(jìn)一步了解這顆神秘的紅色行星,并為20年后實(shí)現(xiàn)人類首次登陸火星提供重要依據(jù)。