ESA的ExoMars微量氣體軌道器在火星上發(fā)現(xiàn)了新的氣體特征。這些揭露了有關(guān)火星大氣層的新秘密，并將使人們能夠更準(zhǔn)確地確定地球上是否存在甲烷(一種與生物或地質(zhì)活動(dòng)有關(guān)的氣體)。

追蹤氣體軌道器(TGO)一直在研究軌道上的紅色星球，已有兩年多了。該任務(wù)旨在了解構(gòu)成火星大氣層的氣體混合物，并特別關(guān)注圍繞甲烷存在的謎團(tuán)。

同時(shí)，根據(jù)敏感的大氣化學(xué)套件(ACS)對(duì)火星的全年觀(guān)測(cè)結(jié)果，該航天器現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了前所未有的臭氧(O3)和二氧化碳(CO 2)簽名。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)被發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》上的兩篇新論文中，其中一篇由英國(guó)牛津大學(xué)的凱文·奧爾森領(lǐng)導(dǎo)，另一篇由俄羅斯科學(xué)院俄羅斯空間研究所的亞歷山大·特羅希莫夫斯基領(lǐng)導(dǎo)。

凱文說(shuō)：“這些功能既令人困惑又令人驚訝。”

“它們位于我們預(yù)期會(huì)看到最強(qiáng)甲烷跡象的確切波長(zhǎng)范圍內(nèi)。在此發(fā)現(xiàn)之前，CO 2特征完全未知，這是火星上這部分紅外波長(zhǎng)中首次發(fā)現(xiàn)臭氧范圍。”

的火星大氣通過(guò)CO為主2，科學(xué)家觀(guān)察來(lái)衡量的溫度下，跟蹤的季節(jié)，探索空氣循環(huán)，等等。臭氧在火星和地球的高空大氣層中形成一層，有助于保持大氣化學(xué)穩(wěn)定。ESA的“火星快車(chē)”等航天器已經(jīng)在火星上看到了CO 2和臭氧，但是ACS儀器在TGO上的出色靈敏度能夠揭示有關(guān)這些氣體與光的相互作用的新細(xì)節(jié)。

在TGO尋找甲烷的范圍內(nèi)觀(guān)察臭氧是完全出乎意料的結(jié)果。

在火星上如何產(chǎn)生和銷(xiāo)毀甲烷是一個(gè)重要的問(wèn)題，它是了解在火星上甲烷的各種探測(cè)和未探測(cè)到的信息，時(shí)間和地點(diǎn)都不同。盡管甲烷僅占整個(gè)大氣總量的很小一部分，但甲??烷尤其是行星目前活動(dòng)狀態(tài)的關(guān)鍵線(xiàn)索。該圖描述了從大氣中添加或去除甲烷的一些可能方式。一種令人興奮的可能性是甲烷是由微生物產(chǎn)生的。如果將其埋入地下，則該氣體可以存儲(chǔ)在稱(chēng)為籠形物的格子結(jié)構(gòu)冰層中，并在更晚的時(shí)間釋放到大氣中。甲烷還可以通過(guò)二氧化碳與氫之間的反應(yīng)生成(而甲烷又可以通過(guò)水與富橄欖石的反應(yīng)生成)，通過(guò)深層巖漿脫氣或古老有機(jī)物的熱降解。同樣，它可以存儲(chǔ)在地下，并通過(guò)表面裂縫釋放出氣體。甲烷也可能被困在淺層冰層中，例如季節(jié)性?xún)鐾?。紫外線(xiàn)輻射可以通過(guò)與表面上已有的其他分子或有機(jī)物質(zhì)(例如，落在火星上的彗星塵埃)發(fā)生反應(yīng)而生成甲烷并將其分解。高空大氣層(60 km以上)中的紫外線(xiàn)反應(yīng)和低空大氣層(60 km以下)中的氧化反應(yīng)起到將甲烷轉(zhuǎn)化為二氧化碳，氫和水蒸氣的作用，并導(dǎo)致該分子的壽命約為300年。甲烷還可以通過(guò)大氣環(huán)流在地球上快速分布，稀釋信號(hào)并使其難以識(shí)別單個(gè)來(lái)源。由于考慮大氣過(guò)程時(shí)該分子的壽命，因此今天的任何檢測(cè)都暗示該分子是最近才被釋放的。但是，已經(jīng)提出了其他的生成和破壞方法，這些方法解釋了更多的局部檢測(cè)方法，并且還允許更快地從更靠近地球表面的大氣中清除甲烷。在10 km以下的低層大氣中，灰塵非常豐富，并且可能與直接與地表的相互作用一起起作用。例如，一種想法是甲烷在局部區(qū)域通過(guò)表面擴(kuò)散或“滲入”，然后被吸附回到表土中。另一個(gè)想法是強(qiáng)風(fēng)侵蝕了行星的表面，使甲烷與塵埃迅速反應(yīng)，消除了甲烷的特征。季節(jié)性沙塵暴和沙塵暴也會(huì)加速這一過(guò)程。繼續(xù)在火星上進(jìn)行探索-從軌道和地表進(jìn)行-以及實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和模擬，將有助于科學(xué)家更好地了解與甲烷產(chǎn)生和破壞有關(guān)的不同過(guò)程。圖片來(lái)源：歐洲航天局

科學(xué)家之前已經(jīng)繪制了火星臭氧隨海拔變化的圖。然而，到目前為止，這很大程度上是通過(guò)依靠紫外線(xiàn)中氣體的信號(hào)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該技術(shù)僅允許在高海拔(高于地面20公里)處進(jìn)行測(cè)量。

ACS的新結(jié)果表明，也可以在紅外圖中繪制火星臭氧，因此可以在較低的高度探測(cè)其行為，以更詳細(xì)地了解臭氧在地球氣候中的作用。

揭開(kāi)甲烷之謎

TGO的主要目標(biāo)之一是探索甲烷。迄今為止，火星甲烷的跡象是多變的，有些難以捉摸。這些跡象包括航天飛機(jī)上的ESA的“火星快車(chē)”和NASA的“好奇號(hào)”火星車(chē)。

雖然也是由地質(zhì)過(guò)程產(chǎn)生的，但地球上的大多數(shù)甲烷是由生命產(chǎn)生的，從細(xì)菌到牲畜和人類(lèi)活動(dòng)。因此，在其他行星上檢測(cè)甲烷非常令人興奮?？紤]到已知?dú)怏w會(huì)在約400年內(nèi)分解，這尤其正確，這意味著存在的任何甲烷一定是在相對(duì)較近的過(guò)去生產(chǎn)或釋放的。

亞歷山大·特羅希莫夫斯基(Alexander Trokhimovskiy)說(shuō)：“在我們尋找甲烷的地方發(fā)現(xiàn)無(wú)法預(yù)料的CO 2簽名是很重要的。” “這種特征以前無(wú)法解釋?zhuān)虼丝赡茉诨鹦翘綔y(cè)少量甲烷中發(fā)揮了作用。”

Alexander，Kevin及其同事分析的觀(guān)測(cè)結(jié)果大多與支持火星甲烷檢測(cè)的觀(guān)測(cè)時(shí)間不同。此外，TGO數(shù)據(jù)無(wú)法解釋大量的甲烷羽流，只能解釋較小的甲烷羽流，因此，目前，特派團(tuán)之間沒(méi)有直接分歧。

“事實(shí)上，我們正在積極地與其他任務(wù)協(xié)調(diào)測(cè)量，”凱文澄清說(shuō)。“這一發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有爭(zhēng)議任何先前的主張，而是促使所有團(tuán)隊(duì)密切關(guān)注-我們知道得越多，我們就能越深入和準(zhǔn)確地探索火星的氣氛。”