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火星:大气中的甲烷气体峰值


来源:中国科学报

新的计算结果有助于解释为什么美国宇航局(NASA)的“好奇”号火星车在这颗行星北半球的夏季探测到了大气中的甲烷气体峰值。加拿大多伦多约克大学行星科学家John Moores说,在火星上,随着冬天让位给春天,太阳的热量开始让土壤变暖,从而使甲烷从地面中渗透出来并进入到大气中。Moores在10月24日于田纳西州诺克斯维尔市召开的一场行星科学会议上介绍了这项研究成果。


“好奇”号火星车测量的甲烷数据多年来一直吸引着研究人员。2012年,这架火星车在赤道附近的盖尔环形山着陆。它最初是在北半球春季第一次发现了大气甲烷的神秘峰值。今年早些时候,研究小组的科学家报告说,随着季节的变化,火星大气层中的甲烷含量有增有减,并在北半球的夏季达到顶峰。


对科学家来说,在火星大气中发现甲烷是非常有趣的,因为在随后的约300年中,这颗红色星球上的化学反应会分解这种气体。而火星在今天依然存在甲烷的事实表明,该行星上仍有某种物质在将这种气体持续送入大气层。

火星:大气中的甲烷气体峰值

研究人员推测,火星上的甲烷来源可能是地质过程,比如某些类型的岩石和水之间的反应,或者更有趣的是,来自埋藏在火星地下的微生物或其他形式的生命。而地球大气层中的甲烷气体大部分来自于生物。


研究人员已经追踪了他们能够在火星上发现的每一缕甲烷。地基望远镜和绕火星轨道运行的探测器不时发现火星周围出现的气体,包括2009年报道的强烈烟羽。“好奇”号火星车本应通过直接测量甲烷含量帮助解开这个谜题,但结果却使问题复杂化了。


现在看来,答案可能就在火星表面之下。Moores及其同事分析了甲烷如何通过火星土壤的缝隙和裂纹渗出地表直至进入大气层的过程。研究人员的计算结果表明,火星土壤变暖可能会使甲烷气体渗透到大气中。


研究人员指出,火星上的季节很复杂,尤其是“好奇”号火星车停留的位置如此靠近行星的赤道。但火星上甲烷含量的峰值确实在一年中最热的时间之后出现,表明热量向下扩散会释放更多的气体。


Moores在美国天文学会行星科学分部召开的此次会议上说,科学家估计的进入大气层的甲烷气体量与“好奇”号火星车在盖尔环形山附近得到的测量结果很吻合。尽管甲烷气体的最终来源仍然是个谜,但他认为,这项工作可能有助于解释这种气体季节性的涨落。


马里兰州格林贝尔特市NASA下属戈达德太空飞行中心行星科学家Michael Mumma表示,这个想法是建立在先前观点基础之上的,即甲烷可能正在从火星上被太阳晒暖的悬崖表面渗出。当他和同事在2009年报道了强烈的甲烷羽流后,他们认为,在某些季节,火星土壤中的孔隙可能会在悬崖或环形山壁上打开,从而使得甲烷气体从地下进入大气层。


可能不久后将会有更多的发现。一架欧洲和俄罗斯的名为火星外气体追踪轨道飞行器(TGO)的探测器自4月份以来就一直在火星大气中寻找甲烷和其他气体的痕迹。


在此次会议上,荷兰诺德维克市欧洲空间局(ESA)项目科学家Hakan Svedhem向听众表示,TGO的第一批探测结果将会很快公布。TGO测量的是这颗行星周围、在一定高度范围内的甲烷含量,远远超出了“好奇”号火星车在地面上的测量范围。轨道飞行器可以一劳永逸地解决火星上的甲烷问题。


“将会有令人惊讶的结果产生。”作为TGO团队成员的Mumma表示,但他拒绝详细说明。


TGO是火星快车项目的一部分,后者是ESA与俄罗斯航天局的一个合作项目。该轨道飞行器于2016年3月发射升空,并于当年10月到达火星轨道。这是第一个专门设计用来研究火星气体的飞行器,这些气体在这颗行星寒冷而干燥的大气中所占比例不到1%,其中包括甲烷、水蒸气和臭氧。


目前,NASA于2001年发射的“奥德赛”和2005年发射的MRO依然在环绕火星运转。此外,美国2003年发射的“机遇”号火星车和2011年发射的“好奇”号火星车也在火星表面上工作。


火星是太阳系由内往外数第四颗行星,属于类地行星,直径约为地球直径的一半,自转轴倾角、自转周期相近,公转一周则花两倍时间。其橘红色外表是因为地表被赤铁矿(氧化铁)覆盖,火星被认为是太阳系中最有可能存在地外生命的行星。


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