独家：2015年NASA宣布关于火星的五项重大发现

火星 · 2016-11-22 23:48:04

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（中国太空网讯）一直以来，火星都是全球航天国家深空探测的热点之一。自苏联1960年发射人类首个火星探测器、揭开火星探测的序幕开始，全球各航天国家陆续开展火星探测活动，取得了大量的探测成果和重大发现，尤其是美国在火星探测领域处于绝对领先地位，成绩斐然。从1964年美国航空航天局（NASA）水手－3（Mariner－3）探测器发射以来，美国共发射了20个火星探测器，目前仍有5个在运行，其中包括3个火星轨道器——“火星奥德赛”（Mars Odyssey）、“火星勘察轨道器”（MRO）以及“火星大气与挥发物演变”（MAVEN），2个火星漫游车——好奇号（Curiosity）和机遇号（Opportunity）。

2015年，NASA陆续宣布取得一系列关于火星的重大发现，包括火星表面存在液态水、火星大气受太阳风轰击挥发到太空、火星表面存在远古湖泊、火星地表以下土壤中存在液态水，以及火星上存在极光现象。　　一、火星表面存在液态水　　2015年9月29日，NASA举行发布会，公布了该机构有关火星的“重大发现”。NASA宣布，来自MRO轨道器的数据和研究表明，此前在火星表面一些陨石坑坑壁上观察到的神秘暗色条纹可能与间断性出现的液态水体有关，这些出现在坑壁上的暗色条纹可能是含盐水体沉积过程产生的结果。在较温暖的季节，这些线条的颜色变得更深，表明水流在斜坡上出现。在较冷的季节，这些地表特征变浅。在火星的部分地区，最高温度可以达到－23℃，此时深色线条最明显。　　“我们对火星表面生命的研究，一直在‘追随着水的踪迹’进行，现在我们终于确定了水的存在。”分管NASA科学任务委员会的副局长、航天员约翰·格伦斯菲尔德（John Grunsfeld）介绍说，“这是非常重要的发现，我们终于可以确认火星表面存在着潺潺流水。”　　此前，火星上的水一直被认为以固态冰的形式存在，而此次发现证实了火星上有液态水的猜测，增加了火星上存在微生物类生命的可能性。另一方面，对于未来前往火星的航天员而言，火星地表存在的液态水也将让他们在那里“更容易生活”。航天员探索火星时可减少水的携带，腾出更多裕量运载其他物品。NASA提出到2030年中期左右将实施载人火星探测任务。如果此次搜集到火星表面存在液态水的确凿证据，甚至证明火星有可能适合人类居住，无疑将是人类历史上的里程碑事件。　　但关于接下来如何对发现液态水的区域进行进一步探测，NASA面临着进退两难的境地：已经在火星上工作了3年的好奇号漫游车并不是完全无菌的，可能携带来自地球的微生物，会污染火星上的潮湿区域。它要么只能通过激光对该区域进行远距离探测，要么就要冒着污染火星的危险接近该区域对泥土进行采样分析。但目前NASA并未确定将如何进一步探测火星表面的液态水。　　二、火星大气受太阳风轰击挥发到太空　　2015年11月5日，NASA公布了MAVEN轨道器关于火星大气的发现，这可能会告诉我们火星上到底发生过什么。数十亿年前，火星是一个温暖潮湿的星球，拥有比现在密度高100倍的大气，但现在它已经变得干燥和冰冷，这是因为火星没有像地球一样的磁场能保护自己免遭太阳辐射的轰击。　　MAVEN轨道器于2014年秋天抵达火星轨道并对其大气进行研究，正是它帮助我们解开了火星大气之谜。科学家发现，向外爆发能量和磁场的太阳风以不可思议的速度剥离火星大气中的粒子。MAVEN轨道器的数据使研究者确定了太阳风剥离火星大气并使其进入太空的速度。研究显示，在太阳风暴期间，火星大气的流失速度明显增加。　　约翰·格伦斯菲尔德说：“正如我们目前知道的那样，火星曾经有着厚密的温暖大气，足够支持液态水的存在，而液态水是产生生命的关键要素和媒介。理解火星大气曾经发生了什么，可以有助于我们增进对行星大气演变历史的理解。研究导致行星环境从支持微生物生存到不支持微生物生存的变化因素，是NASA进行火星探测的关键问题。”　　根据MAVEN轨道器的数据，太阳风以100g/s的速度剥离火星大气。“就像小偷每天只从收银机中偷走几个硬币，但久而久之、积少成多，损失就十分严重了。”MAVEN轨道器的首席专家布鲁斯·杰克斯基（Bruce Jakosky）说，“在太阳风暴期间，大气损失情况明显加重，因此我们认为在几十亿年前，那时太阳更加年轻，太阳活动更为活跃，火星大气的损失速度则更高。”　　此外，2015年3月太阳风撞击火星大气的一系列事件中，MAVEN轨道器发现火星大气的损失速度加快，这显示出火星大气向太空的挥发是火星气候变化的一个主要过程。　　太阳风是主要由质子和电子组成的粒子流，以1.60934×106km/h的速度从太阳发出。太阳风携带的磁场在经过火星时会生成电场，就像地球上可用于发电的涡轮机。电场使火星大气中带电的气体原子即离子加速，并将其轰击到太空。　　三、火星表面存在远古湖泊　　2015年10月，根据好奇号的探测数据，NASA的科学家推测火星之前可能存在一个持续了万年的湖泊，如此漫长的时间很可能使河流和三角洲的湿地上产生生命。通过分析沉积物发现，水流会将泥沙碎石带入到巨大的盖尔陨石坑（Gale Crater）中。夏普山（Mount Sharp）位于陨石坑中心，其本身就是一处高达5km的沉积物堆。　　在2012年好奇号着陆火星之前，科学家曾提出盖尔陨石坑充满了沉积层的假说。有假设认为沉积层是“干燥”的，来自风沙累积。另外一些假设则认为沉积层是古湖泊沉积的产物。　　四、火星地表以下土壤中存在液态水　　2015年4月，好奇号发现了火星地表以下土壤中存在液态水的迹象，且在盖尔陨石坑中所测得的温度也适合含盐液态水的存在。该发现表明火星表面很可能是潮湿的，且存在液态水（水中的高氯酸盐可以将水的冰点降到－70℃）。　　尽管液态水被认为是生命所必需的，但研究人员表示，这一发现对于证明火星上可能存在微生物并无任何直接的意义，因为直射火星表面的宇宙射线使火星环境表面不可能存在生命。　　好奇号自2012年着陆火星后一直在火星赤道以南不远处进行探测，发现火星大气中存在的水蒸气可能会被火星表面的高氯酸盐所吸收，形成具有防冻作用的盐溶液。　　参与好奇号数据分析的丹麦哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所的莫滕·马森（Morten Mason）教授说：“我们在火星土壤中发现了高氯酸钙这种物质，在适当的条件下，它会吸收大气中的水蒸气。来自好奇号所携带的天气观测装置的测量数据表明，在夜间以及冬季刚刚日落时就存在这样的条件。”　　他说：“夜幕降临时，大气中的一些水蒸气会以霜的形式凝结在火星表面，而高氯酸钙极具吸附性，因此与水组成盐溶液，这样冰点就会下降，而霜也会变成液态。火星上土壤疏松多孔，因此我们发现这些水渗透到土壤中。久而久之，其他的盐也可能融化到土壤中，而既然它们呈液态，就可以到处流动并沉降到火星表面下的其他地方。”　　五、火星上存在极光现象　　2015年11月，MAVEN项目研究人员发布报告称，由于火星大气没有磁场的保护，太阳风的高能粒子会激发火星大气在大范围内产生类似于极光的现象。理论上讲，火星上的极光在可见光波段应是红、蓝、绿三色的，但由于目前好奇号和机遇号并未携带相关仪器，NASA还不能完全确定极光的具体特征。　　极光现象也表明火星上的大部分区域都直接受到太阳风的影响，这也为火星大气因太阳活动而减少提供了证据。部分火星地壳可能还存在着局部磁场，但现在火星已经失去了曾经存在的全球磁场的保护。　　“火星上竟然存在一种新型极光，这着实令我们大吃一惊，因为这部分大气所覆盖的地方根本不存在磁场。而按照我们的自身经历，只有磁场上空才能产生极光。”MAVEN项目首席专家、来自科罗拉多大学波尔多分校大气与空间物理实验室（LASP）的戴夫·布莱恩（Dave Brain）说。　　MAVEN轨道器使用一种能够观测到紫外光线的仪器发现了这些极光。但布莱恩指出，电脑模型显示人类肉眼或许也能看到火星上的这一现象。　　“火星上是没有光污染的，如果你站在火星上，抬头看去，你会看见整个夜空都被极光照亮的壮丽景象。”布莱恩说。　　在地球上，极光主要存在于北极和南极周边地区。地球强大的磁场会使太阳放出的带电粒子偏离路径，撞向地球的磁极，从而创造出极光这一绚丽多姿的壮观现象。而与地球不同的是，火星没有全球性磁场，这不利于阻挡强烈的宇宙辐射，但这也意味着，太阳粒子可以畅通无阻地对整个火星表面造成影响。　　自2014年11月以来，MAVEN轨道器发现了几次大规模的极光现象。其中一次从距离2014年圣诞节前3天开始，持续到圣诞节5天后结束（因此这次极光被称为“圣诞极光”），而另一次极光现象则发生在2015年3月。　　上述NASA有关火星的五大重要发现，将进一步改变人们对于火星的认识，为在火星上寻找生命痕迹提供重要证据和信息支撑，也可为将来火星探测任务尤其是载人火星探测任务打下重要基础。

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