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火星探测器有望揭开火星甲欧亿联系烷之谜

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一年多来,一艘3.5吨重的宇宙飞船一直在围绕火星进行一系列不稳定的循环。现在,经过1000次循环,微量气体轨道飞行器(TGO)已经达到了研究火星大气层的理想位置,并进行了首次科学观测。它将解开火星科学中最具争议的谜团之一:为什么甲烷——一种可能的生命迹象——正在这个红色星球上释放。
 
TGO是ExoMars任务的一部分,ExoMars是欧洲航天局(ESA)和俄罗斯航天局Roscosmos的合资企业。这艘轨道飞行器于2016年3月发射,并于当年10月抵达火星,是第一艘专门研究甲烷、水蒸气和臭氧等气体的航天器,这些气体在火星寒冷干燥的大气中所占比例不足1%。TGO在本月早些时候到达了预定的圆形轨道,并在4月21日开始获取科学数据之前进行了一系列的工程测试。
 
火星大气几乎完全是二氧化碳,但研究人员对它的其他成分——尤其是甲烷——特别感兴趣。这些微量气体可能是生物或地质活动的信号,它们为地球的气候历史提供了线索。
 
气体源
 
15年来,科学家们一直在利用地球上的望远镜、火星轨道器和美国宇航局的“好奇号”探测车在火星大气中捕捉甲烷的迹象。随着天然气证据的积累,关于其来源的争论愈演愈烈。密歇根大学安娜堡分校的行星科学家Sushil Atreya说:“地球大气中近95%的甲烷来自于现在和过去的生物学。”“所以,欧亿总代很自然地要问火星上的甲烷是否也有生物起源。”
 
这种气体在火星上的存在让研究人员感到惊讶,因为大气中的化学反应应该会在几个世纪内摧毁火星上的任何甲烷分子。一个可测量的甲烷水平表明,一定有一个活跃的来源在补充这种气体。
 
好奇号现在例行公事地探测到大气中甲烷的背景浓度,平均为十亿分之五(p.p.b.)(相比之下,地球的平均浓度约为1875 p.p.b.)。但是随着时间的推移,火星的浓度发生了意想不到的变化,Atreya说。观测还表明,存在着浓度为45 p.p.b的大型羽状物。“好奇号”探测到的打嗝频率约为每小时7次,但很快就会消失。位于帕萨迪纳的加州理工学院的行星科学家Bethany Ehlmann说:“我们没有想到火星上会有甲烷,除非有一个活跃的来源和一个活跃的碳汇,否则甲烷不应该是变化的。”
 
研究人员提出了几种可能的来源。这些峰值可能来自岩石与水之间的地下化学反应、进入大气层的富碳陨石,或者来自火星表面下水库的突然释放。最令人兴奋的是,这些山峰可能有生物起源。“这真的是一个谜,”厄尔曼说。
 
科学有效载荷
 
TGO携带了四种主要的科学仪器,它们将收集数据,绘制出这些微量气体的全球地图,以前所未有的细节显示它们在地球上的存在以及随时间的变化。
 
轨道飞行器的主光谱仪NOMAD工作在红外、紫外和电磁光谱的可见部分。它将能够从飞船的轨道高度向下穿过大气层,到达距离约400公里的表面。每次轨道运行两次, 欧亿怎么代理,当TGO位于火星光明面和黑暗面之间的边界时,NOMAD将能够透过火星的大气层观察太阳。这个位置增加敏感性,允许调查通过一个更大的部分大气——“30倍低头看着水面”,Michael中说,美国航天局戈达德太空飞行中心的行星科学家在绿地,马里兰州,作为游牧。研究人员应该能够利用它收集的数据来识别各种气体的光谱特征,这些气体吸收不同波长的光。
 
探测器的彩色摄像机“卡西斯”(CaSSIS)将绘制火星地形的详细3D地图。如果其他的仪器能够精确定位甲烷浓度的峰值,研究人员将能够通过卡西斯号的档案来寻找大约在同一时间拍摄的图像,从而试图确定火星表面可能的甲烷源。“我们正在寻找诸如陨石坑、岩石滑坡、着陆或地面上的大裂缝之类的东西——这真的很好,”英国米尔顿凯恩斯开放大学的行星科学家马尼什·帕特尔(Manish Patel)说。
 
埃尔曼说,有关氢和它的重子氘的比例如何随海拔高度和季节而变化的数据,对于理解火星上的水的历史将是至关重要的。Mumma希望这些信息将有助于阐明火星上一个假设的远古水海洋可能发生了什么——例如,水是否蒸发并从大气中逃逸。
 
帕特尔说, 欧亿手机客户端APP ,下一步的主要工作是查明这些仪器的灵敏度是否如人们所希望的那样。TGO的设计目的是检测示踪气体浓度至少为每磅1便士,甲烷浓度至少为每磅0.02便士。位于荷兰诺德维克的欧洲空间研究与技术中心的欧洲航天局ExoMars TGO项目科学家哈坎•斯韦赫姆说。但是,研究小组下个月就会知道,其敏感度最终将取决于大气中的温度和灰尘水平等因素。帕特尔说:“这是一个让团队非常伤脑筋的时刻,是八、九年工作的顶峰。”欧洲航天局计划在2020年底之前执行TGO的科学任务,然后这艘飞船将作为该机构计划中的ExoMars漫游者的数据中继站,该漫游者将于2021年到达。
 
在最初的几个月里,帕特尔希望能够绘制出甲烷的含量,欧亿联系并开始提供研究人员渴望的线索。他说:“围绕这一切的辩论已经持续了10多年,它应该能回答这个问题。”
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