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火星探测器有望破解甲烷之谜
2018-04-26 阅读次数:

  在1年多的时间里,一架3.5吨重的探测器一直在环绕着火星运转。如今,在1000个循环之后,痕量气体轨道飞行器(TGO)已经到达了研究这颗行星大气层的理想位置,并进行了第一次科学观察。它正准备解决火星科学中最具争议的一个谜团:为什么这颗红色的星球正在释放作为一种可能的生命标志的甲烷气体。
  TGO是火星快车项目的一部分,后者是欧洲空间局(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。
  TGO于本月早些时候到达了其计划的圆形轨道,并于4月21日在开始采集科学数据之前进行了一系列的工程测试。
  火星大气几乎全部由二氧化碳构成,但是研究人员对它的其他成分特别感兴趣——尤其是甲烷。这些微量气体可能是生物或地质活动的信号,它们为研究火星的气候历史提供了线索。
  15年来,科学家已经利用地基望远镜、火星轨道飞行器和美国宇航局的“好奇”号火星车在火星大气中捕捉到了甲烷的线索。随着积累的证据越来越多,关于火星甲烷起源的争论也在加剧。
  “地球大气中将近95%的甲烷来自于现在和过去的生物过程。”安阿伯市密歇根大学行星科学家Sushil Atreya说,“因此,我们很自然地会问,火星上的甲烷是否也具有生物起源。”
  这种气体在火星上的存在让研究人员感到惊讶,因为火星大气中的化学反应会在几个世纪里摧毁那里的任何甲烷分子。一个可测量的甲烷浓度意味着必定存在一个能够补充这种气体的活跃来源。
  如今,“好奇”号火星车通常会检测到火星大气中甲烷含量为0.5ppb(十亿分之一)。相比之下,地球的甲烷水平大约是1875ppb。但Atreya说,火星上的甲烷浓度随时间而变化。观测结果还表明,火星上存在浓度为45ppb的大量甲烷羽流,并且“好奇”号火星车还曾发现大约7ppb浓度的甲烷,但很快就消散了。
  “我们不认为甲烷会出现在火星上,除非有一个活跃的来源和一个充满活力的库存,否则这种气体的浓度不应该是变化的。”帕萨迪纳市加利福尼亚州理工学院行星科学家Bethany Ehlmann说。
  研究人员提出了几种可能的甲烷来源。这些峰值可能来自于岩石和水之间的地下化学反应、进入火星大气的富含碳的陨石,或者来自火星表面下的甲烷气体的突然释放。最令人兴奋的是,这些峰值可能有一个生物起源。“这真的是个谜。”Ehlmann说。
  TGO携带着4种主要的科学仪器,它们将收集数据,绘制出痕量气体的全火星地图,并且以前所未有的细节显示,它们的存在在这颗红色星球和时间上是如何变化的。
  TGO研究团队成员之一、英国米尔顿·凯恩斯市开放大学行星科学家Manish Patel希望,TGO在最初的几个月里能够绘制出甲烷的水平,并开始提供研究人员所渴望的线索。他说:“关于这一切的争论已经持续了十多年,它应该能够回答这个问题。”
  据悉,作为火星快车项目的第一个火星探索项目——TGO的主要任务是为火星拍照,分析其大气成分,协助地面分析火星土壤表层的水冰含量,验证某些火星着陆技术的可行性,为俄欧下一阶段火星着陆考察收集数据。在探测火星大气时,专家们将着重寻找火星大气中可能表明微生物存在的甲烷和其他气体。
  计划于2020年发射的俄欧火星登陆器将配备先进的电子设备、火箭推进器、制导雷达和降落伞。该登陆器将验证俄欧航天界在火星实施软着陆的技术能力,并将测量火星表面的大气颗粒、风速和气温。
  在相关指标正常的情况下,这台登陆器内的火星车将踏上火星表面。这辆火星车的桅杆式“脖子”上装有矿物分析仪,车体前部有下挖采样分析装置,其机械手上的中子探测器将在行进中考察火星表面下两米内与水冰含量相关的反射中子,帮助专家据此绘制考察沿途的水冰分布图。

 

 

文章来源:中国科学报
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