美国宇航局的研究为火星失去多少大气

时间:2019-09-09

  

美国宇航局的研究为火星失去多少大气

  根据美国国家航空航天局资助的科学家的新观察,一种用于估计火星损失多少大气的关键示踪剂可以根据一天中的时间和这颗红色星球的表面温度而变化。此前对这种示踪剂——氧同位素——的测量结果有很大不同。对这种示踪剂的精确测量对于估计火星在消失前曾经有多少大气层非常重要,这可以揭示火星是否适合居住以及当时的情况。

  然而,许多关于这颗红色星球古老大气的秘密仍然存在。“我们知道火星有更多的大气层。我们知道它有流动的水。除此之外,我们对其他条件没有很好的估计——火星环境有多像地球?多长时间?”马里兰州格林贝尔特的马里兰大学学院公园和美国宇航局戈达德太空飞行中心的蒂莫西·林德古德说。Livengood是8月1日在伊卡洛斯在线发表的一篇关于这项研究的论文的主要作者。

  该小组认为,由于地面温度的原因,白天比率的变化是一种常见现象,在这种情况下,同位素较重的分子在夜间比较轻的同位素更容易附着在冷的表面颗粒上,然后随着表面在白天变暖而释放出来(热脱附)。

  这一同位素比率范围与其他报道的测量结果一致。“我们的测量表明,以前的工作可能都做得很正确,但不一致,因为大气的这一方面比我们意识到的要复杂,”Livengood说。“根据在火星的什么地方进行测量,以及火星上一天中的什么时间,有可能得到不同的值。”

  评估火星原始大气厚度的一种方法是观察氧同位素。同位素是由于原子核中中子的数量不同而具有不同质量的元素的版本。较轻的同位素比较重的同位素逃逸到太空的速度更快,所以地球上的大气逐渐富含较重的同位素。在这种情况下,与地球相比,火星富含较重的氧同位素18O,而较轻且更常见的是16O。测量出的每种同位素的相对量可以用来估计古代火星上还有多少大气,同时还可以估计较轻的16O逃逸的速度,并假设地球和火星上每种同位素的相对量曾经是相似的。

  火星今天是一个寒冷、不适宜居住的沙漠,但是像干涸的河床和只有液态水才能形成的矿物这样的特征表明,很久以前,火星有一个厚厚的大气层,它保留了足够的热量让液态水——生命的必要成分——在地表流动。根据美国国家航空航天局的任务,如MAVEN和好奇号,以及追溯到1976年的维京任务的结果,火星似乎在数十亿年间失去了大部分大气,把它的气候从可能支持生命的气候转变成了今天干燥和冰冻的环境。

  由于火星大气主要是二氧化碳(CO2),该小组实际观察到的是附着在CO2分子碳原子上的氧同位素。他们利用美国宇航局戈达德开发的行星风和成分外差仪,利用夏威夷莫纳基亚的美国宇航局红外望远镜设施对火星大气进行了观测。“在试图理解我们从观测中获得的估计同位素比率的广泛分布时,我们注意到它们与我们也获得的表面温度相关联,”Livengood说。正是这种洞察力让我们走上了这条道路。

  问题是18O和火星上16O的测量值(18O/16O的比率)并不一致。不同的任务测量不同的比率,这导致对古代火星大气的不同理解。新的结果提供了解决这种差异的一种可能的方法,它表明这个比率在火星日会发生变化。“以前在火星或地球上的测量已经获得了各种不同的同位素比率值,”Livengood说。“我们的测量是第一次使用单一方法来显示一天内实际变化的比率,而不是独立设备之间的比较。在我们的测量中,与地球氧的正常同位素比率相比,同位素比率从火星中午约9%的重同位素贫化到下午约1:30的重同位素富集约8%不等。”

  这项新工作将帮助研究人员完善他们对古代火星大气的估计。因为这些测量现在可以被理解为与其他行星大气中这种过程的结果一致,这意味着它们在理解火星气候如何变化的正确轨道上。“这表明大气损失是由我们或多或少地消耗了返回搜狐,查看更多

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