消失的大气层？是什么原因导致的？揭开火星景观的神秘面纱

简介：火星大气逃逸被证明是由于磁场缺失和太阳带电子撞击导致的。太阳风发出离子和电子，加速火星大气层粒子，在长久轰击下大气层逃逸。

火星早期曾是一个宜居的星球，而不是像现在一样干旱荒凉，其中原因可能是在火星的大气层在经过数亿年之后早已消散在了太空中。

为了更好的解释火星大气层的消失，科学家开始研究火星大气层中的电流，他们认为电流可能造成了大气层中的气体流失。

一个研究小组用NASA的“火星大气与挥发分演化探测器”(MAVEN)搜集到的数据首次绘制出了火星大气层的电流模型，使得原本扑朔迷离的东西变得可视化，帮助科学家找寻大气逃逸的“真凶”。

图解：NASA的“火星大气与挥发分演化探测器”(MAVEN)，也就是“马文”号探测器。图源：bing

这些发现发表于周一的《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上，文中表示源源不断的太阳风是造成这颗红色星球大气逃逸的主要原因。

罗宾·拉姆斯塔德是科罗拉多大学博尔德分校的实验物理学家，同时也是这项新研究的第一作者，他在一份报告中写道：“这些电流在大气流失中扮演着重要角色，它把火星从一个原本可以孕育生命的世界变成了一个环境恶劣的沙漠。”

研究人员们曾试图探索一个星球的磁场究竟会对其大气层会造成多大的影响。

图解：地球与火星大气周围对比. 图源：bing

地球有磁场，火星却没有。从太阳的高层大气中喷射出的带电粒子流（也就是太阳风）与火星大气层相互作用，生成了一个感应磁场，或者说是环绕着火星的一个空间区域。

太阳风由太阳上层大气射出，时速约为100万公里/小时。

图解：太阳风以每秒100克速度剥离火星大气。 图源：bing

现在，科学家们已经知道了火星磁层，但他们还没有弄清磁层究竟如何影响着火星大气层，以及太阳风到底输送了多少能量从而导致大气逸散。

数据显示，太阳风和磁场将火星团团包围，其形状就像被扔在半空中的意大利面。

火星周围电流的可视化图像 （来自：NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS/Cindy Starr）

在第二次可视化的过程中，科学家用“马文”号探测器收集的数据大致勾勒出火星周围的电流，图像显示，电流呈杯状从火星的白昼侧出发，并汇聚在火星的阴侧，连接了火星的上层大气层和太阳风引起的感应磁场。

太阳风的离子及电子撞击火星附近的“感应磁层”时，不同电性的粒子就会被分开。有些离子向一个方向运动，电子则向另一个方向运动，从而形成电流，环绕在火星周围，从光侧通往暗侧，这就产生了覆盖式的电流体系。

同时，从太阳发射出来的x射线以及紫外射线不断地将火星上层大气离子化，使其具有导电性。

拉姆斯达说道：“火星大气就像是一个金属球，起着闭合电路的作用。”

而这个过程是火星大气逃逸的主要原因。

感应电流将来自太阳风的能量转换成磁场和电场，加速了火星大气层的带电粒子，从而造成大气逃逸。

火星大气逃逸前后的图片（来自：NASA’s Goddard Space Flight Center）

由于磁场缺失，火星的大气层从几十亿年前就已经开始流失，并逐渐从一个湿润，温暖的宜居星球变成的了寒冷干燥的沙漠。

2013年11月，“马文”号探测器发射至太空，探索火星的大气层，气候以及过去的宜居性。

摘要：在与流动磁性等离子体（如太阳风）的动电反应中，感应磁层使周围非磁性行星物体（比如火星，金星，泰坦，冥王星，彗星的电离层）具有导电性，所产生的感应电流使得电离层与偏离的等离子体结合在一起。这一结论让我们将目光转向了太阳风在行星的大气升温，大气逃逸以及大气层演变中的所发挥的作用。

地球上这种类似的固有磁层电流系统早在几十年前就已经绘制出来了，而感应磁层的电流系统大部分还处于未知状态。现在，我们团队利用“马文”号探测器五年以来测量的数据来大致描绘出火星感应磁层的电流体系，并意外发现这个体系的一些特点，比如电离层与弓形激波的结合，南北半球电流环路的对称性，以及近火星处电流路径的扭曲。火星的感应磁层电流由磁层对流电场引发，并因太阳风作用而加强。

BY: inverse

FY: 包弟

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