美國MAVEN航天器將攜帶8種儀器研究火星大氣層的細節 _美國

【美國MAVEN航天器將攜帶8種儀器研究火星大氣層的細節】美國MAVEN航天器將攜帶8種儀器研究火星大氣層的細節（eeook.com插圖）
據中國科學報：很久以前，行星科學家曾相信，火星被一層厚厚的大氣層籠罩，保護著其存有水的表面——這樣的環境允許生命的出現和繁衍。而如今，科學家認為，火星的大氣層是稀薄的，其表面是一個寒冷、貧瘠的沙漠。究竟是什么導致了科學家觀點的顯著改變呢？
如果一切順利，美國宇航局（NASA）定于本月晚些時候發射的一個航天器將會解答該問題。火星大氣與揮發物演化（MAVEN ，意為專家）航天器將會穿過火星大氣層的外層邊緣，使用8種儀器測量氣體并監測周圍條件。這些測量能幫助研究人員弄清在億萬年間，不間斷的太陽粒子風如何與小行星撞擊以及同火星表面的化學物質相作用，從而耗盡了大氣中的水和其他氣體。
該任務的主要研究人員、科羅拉多大學地質學家Bruce Jakosky稱， MAVEN最終將會“探索火星的宜居性”，“如果你試圖知道在火星上生活的可能性，你不得不了解它的氣候史” 。
直到現在，行星科學家還在試圖回答有關于火星表面的生命問題。在衛星遠程測繪火星的地形和礦物質的同時， NASA已經在過去10年中向火星發送了3個探測器以研究古代沉積物中水存在的線索。加利福尼亞大學洛杉磯分校地質物理學家Chris Russell并未參與MAVEN團隊，他稱，這樣的分工遺漏了一些重要的信息來源。“我們進入了一種探索的僵化思維——我們遲早會到達火星表面，并在下一次做得更好。”Russell說， “我們需要打破這種模式，而MAVEN做到了。”
MAVEN將會進入火星稀薄的上層大氣層，并直接取樣。之前的火星衛星已經飛到了火星表面上方400千米到257千米處，而MAVEN將沿一個橢圓軌道運行，最近的位置在距火星土壤150千米處，最遠將到達其大氣層的電離外層。該飛行器還將進行5次“深層接觸”，到達距火星表面125千米的高度，這使得其儀器可以搜集從電離層一直到低層大氣邊緣的數據。
MAVEN中的6個儀器將會探究太陽風如何侵蝕火星高層大氣的頂部——火星的大氣層不像地球大氣層那樣被磁屏蔽保護。這些儀器中包括一個磁強計，可以測繪火星的電磁場，科學家相信火星的電磁場在火星歷史早期很強大，但是如今只存在于火星地殼的磁化碎塊中。這些磁化碎塊保護了大氣層免受太陽風的侵襲。磁強計的測量，加上另一種儀器對太陽風的觀測，將會幫助研究人員了解大氣層中哪些位置最易受太陽風的剝離。
另一種儀器是中性氣體和離子質譜儀（NGIMS），它將會測量元素同位素比率，例如上層大氣層中的氬氣，以使研究人員掌握氣體逃逸至太空的速度。“在大氣層上層，氣體不再完全混合，而因質量差異而分離，較輕氣體的平均位置要比較重的氣體高。”NASA戈達德宇宙飛行中心的研究人員Paul Mahaffy說，“這使其更易逃離火星。”
Mahaffy稱，比如，測量氬-38和氬-36的比率如何隨著高度變化而變化，可以通過揭示不同質量的氣體以多快的速度穿過大氣層，從而幫助研究人員模擬其逃離過程。通過將這些模型與其所了解的太陽如何隨時間變化的信息相結合，研究人員可以推斷火星不同歷史時期其大氣層的密度和成分。
研究人員認為有3個過程導致火星大氣層變薄。“其中一個是二氧化碳脫離大氣層，并在地殼中形成碳酸鹽礦物。”Jakosky稱。他指出探測器中的儀器所做的火星表面光譜分析將提供證據證實這一觀點。“第三個過程是由太陽風驅動逃至太空。只有將所有這些過程綜合起來，我們才能明白發生了什么。”Jakosky說。
MAVEN還會攜帶一張包含1100條俳句的DVD，這些俳句是研究團隊從去年舉行的競賽中得到的。五個獲獎作品中的一條這樣寫道：“火星，你如此神秘，我們渴望了解你。”