[科普中國]-火星大氣

大氣組成二氧化碳

二氧化碳是火星大氣主要成分。冬天時，極區(qū)進(jìn)入永夜，低溫使大氣中多達(dá)25%的二氧化碳在極冠沉淀成干冰，到了夏季則再度升華至大氣中。這個過程使得極區(qū)周圍的氣壓與大氣組成在一年之中變化很大1。

氬氣和太陽系其他星球相比，火星大氣有著較高比例的氬氣。不像二氧化碳會沉淀，氬氣的總含量是固定的，但也因為二氧化碳會在不同時間進(jìn)出大氣，氬氣在不同地點的相對含量會隨時間而改變。近期衛(wèi)星資料指出，南極區(qū)在秋季時氬氣含量提高，到了春季則會降低。

水汽火星大氣變化顯著。當(dāng)夏季二氧化碳升華回大氣時，它留下微量的水汽。季節(jié)性、時速接近400公里的風(fēng)吹離極區(qū)，帶著大量的沙塵與水汽，其中水汽造就了霜與大片卷云。這些水冰云由機會號于2004年攝得。2008年七月31日，NASA鳳凰任務(wù)的科學(xué)家證實地下冰的發(fā)現(xiàn)。鳳凰號的更多分析將確認(rèn)這些冰是否曾為液態(tài)，或包含生命必需的有機物。鳳凰號的熱電傳導(dǎo)性探針（Thermal and Electrical Conductivity Probe）顯示當(dāng)?shù)卮髿庵械乃衷诨鹦峭砩蠒r會消失，同時土壤的水分則會增加。

甲烷火星大氣中含量為十億分之一級（ppb）的微量甲烷，首次的發(fā)現(xiàn)來自2003年一支在NASA戈達(dá)德太空飛航中心的團隊。2004年三月，火星快車號和自地面觀測的加法夏望遠(yuǎn)鏡也支持甲烷的存在，濃度約10ppbv。甲烷的存在十分吸引人，因為這是不穩(wěn)定的氣體，要存在必有某種來源。據(jù)估計，火星每年必須產(chǎn)生約270公噸的甲烷，但由小行星帶來的只占0.8%。雖然地質(zhì)活動也可提供，但火星近期缺乏火山活動，熱液活動、熱點等是甲烷來源的可能性就較低。微生物（如甲烷古菌）也可能是來源之一，但尚未證實。

甲烷的分布不是全球性的，表示它在充分分布均勻之前就已被破壞，不過這也指出它必不時的釋放至大氣。目前計劃于尋找可能的伴隨氣體，藉以推測來源的形式：在地球海洋中，生物產(chǎn)的甲烷常伴隨著乙烯，而火山作用產(chǎn)生的甲烷則伴隨著二氧化硫。

2005年，研究發(fā)現(xiàn)橄欖石與水、二氧化碳于高溫高壓下蛇紋巖化（serpentinization）后可產(chǎn)生甲烷，過程與生物無關(guān)。在地表下幾公里深即可滿足反應(yīng)的溫壓條件，且計算如果要維持目前甲烷濃度幾十億年，所需的橄欖石量并不多，增加了甲烷無機來源的可能。而如果要證明正確，就得發(fā)現(xiàn)此反應(yīng)的另一產(chǎn)物蛇紋巖。

歐洲空間局發(fā)現(xiàn)甲烷的分布不均勻，但卻和水汽的分布相當(dāng)一致。在上層大氣這兩種氣體分布均勻，但在地表卻集中在三處：阿拉伯地、埃律西昂平原和阿卡迪亞平原。西南研究學(xué)院的行星科學(xué)家David H. Grinspoon認(rèn)為甲烷與水汽分布的一致性增加了生物來源的可能，不過生命如何在火星如此不友善的環(huán)境下生存仍然未知。如果要證明甲烷的分布與生物有關(guān)，探測船或登陸艇需要攜帶質(zhì)譜儀，分析火星上碳12與碳14的比例（即放射性碳定年法），便可辨別出是生物還是非生物源。2012年，火星科學(xué)實驗室將會測量二氧化碳與甲烷中的同位素。

2013年9月19日，根據(jù)從好奇號得到的進(jìn)一步測量數(shù)據(jù)，NASA科學(xué)家報告，并沒有偵測到大氣甲烷（atmospheric methan）存在跡象，測量值為0.18±0.67ppbv，對應(yīng)于1.3 ppbv上限（95%置信限），因此總結(jié)甲烷微生物活性概率很低，可能火星不存在生命。但是，很多微生物不會排出任何甲烷，仍舊可能在火星發(fā)現(xiàn)這些不會排出任何甲烷的微生物。

存在生命證據(jù)德國《明鏡》周刊報道，正在火星軌道上轉(zhuǎn)動的歐洲航天局“火星快車”的觀測結(jié)果，證實了過去一些科研小組的結(jié)論：在火星大氣層中含有甲烷，這為火星上可能有以微生物形式存在的生命，提供了進(jìn)一步的證據(jù)。甲烷俗名叫沼氣，即使在地球上，現(xiàn)在也有細(xì)菌之類的一些微生物，它們依靠從氫和二氧化碳中制造的甲烷維持生命，從而可以在沒有氧氣的環(huán)境下生存。科學(xué)家根據(jù)化學(xué)知識認(rèn)為，如果火星上有甲烷存在，這些甲烷不能產(chǎn)生很久，最多也不過是在幾百年前形成。因此，這里必然有一個能不斷向火星大氣提供甲烷的“源泉”。這個“源泉”有三種可能：一是外來的小行星或彗星等碰撞火星帶來甲烷；二是火星火山爆發(fā)噴出的；三是火星上微生物制造出來的。從而證實火星有生命的觀點，最后一種可能最受歡迎，因為這本身就是證實。此外，科學(xué)家根據(jù)現(xiàn)有觀測完全排除第一種可能。對于第二種可能分析上有些麻煩。首先，目前火星上沒有活火山，但是科學(xué)家說，這并不說明問題，因為根據(jù)“火星快車”對火星上的死火山的觀測，它們有的甚至是在幾百萬年前才成為死火山，而以前的幾十億年一直活躍。而且，即使甲烷來自火山噴發(fā)，也無損于科學(xué)家猜測火星有生命，因為火山噴出的巖漿使表面下的水以液體形式存在，從而易于生命存在。

儀器探測其實，此前美國夏威夷的紅外天文望遠(yuǎn)鏡，以及設(shè)在智利的“雙子星座”天文觀象臺，都發(fā)現(xiàn)過火星大氣中有甲烷的跡象，但是“火星快車”上裝備了“行星傅立業(yè)頻譜儀”，因此能根據(jù)所測量到的火星大氣頻譜中顯示出來的為甲烷所獨有的頻譜段，而確定性地證實火星大氣中存在甲烷。這一點上，現(xiàn)在正在火星表面探測的美國“勇氣號”和 “機遇號”兩個火星車2，卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上，因為它們主要擔(dān)負(fù)地質(zhì)勘探任務(wù)，沒有相應(yīng)的測量甲烷的儀器。

含有甲烷，這為火星上可能有以微生物形式存在的生命，提供了進(jìn)一步的證據(jù)。

據(jù)國外媒體1月10日報道，美國宇航局想知道為何火星上曾有過水而今卻成了寒冷沙漠？為弄清原因，美國想研究火星的大氣情況，而二大被選中的火星探測器將競相爭取此2011年令人動心的火星發(fā)射任務(wù)。

從20多個建議中，美國宇航局這周決定與兩大探測器建造小組簽訂200萬美元的研究合同。如果他們按計劃進(jìn)行，在今年底宣布制成了能揭示火星上層大氣隨時間變化的太空船，他們將可以獲得4.75億美元的獎金。

目前，火星上有二個火星車和三個軌道器在探測研究?？茖W(xué)家認(rèn)為火星數(shù)億年前有厚厚的大氣，但好多都逃溢到了太空中，如今只有稀薄的一層大氣了，且現(xiàn)有的火星大氣中95%是二氧化碳

探測原因“有關(guān)火星大氣隨時間變遷丟失水和二氧化碳，科學(xué)家存有許多問題，” 此次建議的贏家之一、火星大氣與不穩(wěn)定性變化（MAVEN）的主要調(diào)查者、美國科羅拉多州大學(xué)的布魯斯-嘉庫斯凱說。

了解火星大氣在發(fā)生什么對確定此行星現(xiàn)在或曾經(jīng)是否適合生命生存發(fā)展很重要。研究火星大氣的化學(xué)組成與動態(tài)變化也是MAVEN競爭的重點，這就是名為“偉大逃溢”的項目，是由美國西南研究院提出的。

“偉大逃溢”項目的目標(biāo)是通過測量火星上層大氣的構(gòu)成與動態(tài)變化來確定火星大氣隨時間的變化情況。周二在阿靈頓舉行的火星科學(xué)計劃會議上，美國宇航局的火星探測計劃的首席科學(xué)家邁克爾-梅葉表示，局里很高興獲得了二大如此好的建議，希望有足夠的錢來完成它們。

探測計劃此項目由低成本火星探測計劃——“偵察（Scout）”提供資金。美國宇航局的首個“火星偵察” 任務(wù)是建造鳳凰號火星車，并計劃在今年8月發(fā)射。除此火星車研究合同之外，美國宇航局還獎勵位于圣路易斯的華盛頓大學(xué)的研究人員80萬美元，因為他們參與研制了名為ExoMars的歐洲火星科學(xué)任務(wù)。此任務(wù)計劃于2013年發(fā)射，將用來搜尋火星上今生前世的火星生命。

美國宇航局還獎勵加州大學(xué)150萬美元，因為他們提供了二個技術(shù)建議，此技術(shù)可以為ExoMars和其它未來火星探測器開發(fā)新的儀器。此儀器將能探測和分析火星上的有機物質(zhì)。

“極光現(xiàn)象”“火星快車”捕捉到火星大氣中的“極光”現(xiàn)象

TOM科技訊 據(jù)俄羅斯媒體2月22日報道，歐洲空間局的“火星快車”號探測器日前成功捕捉到了火星大氣中的“極光”現(xiàn)象。不過，稱其為“極光”并不準(zhǔn)確，因為火星大氣中的輝光現(xiàn)象并不在極地附近。 專家們介紹說，火星大氣的發(fā)光現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)在那些磁場發(fā)生變化的地區(qū)－－它們通常都距離極地非常遙遠(yuǎn)。盡管如此，火星大氣發(fā)光的原理卻與地球上的極光現(xiàn)象基本相同：太陽釋放出的帶電粒子經(jīng)過地球（或火星）磁場的加速后與大氣分子發(fā)生猛烈碰撞，從而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。 需要指出的是，雖然在火星軌道上確實可以看到綠色的火星“極光”，但本文所附圖片中顯示的綠色圖案卻并非“火星快車”號拍攝到的真實照片。 由于美國的“火星全球監(jiān)測者”數(shù)年前也曾發(fā)現(xiàn)在火星表面的部分區(qū)域存在著磁場異?，F(xiàn)象，因此有科學(xué)家猜測，當(dāng)時火星大氣中也出現(xiàn)過“極光”現(xiàn)象。與地球不同的是，火星上并沒有一個遍布全球的完整磁場?？茖W(xué)家此前只是在火星表面的斷層附近觀測到過局部性的磁場。2004年，“火星快車”號上裝備的SPICAM探測儀曾成功地在火星表面的磁場異常區(qū)記錄到過大氣發(fā)光現(xiàn)象。之后，專家們還記錄到帶電粒子在火星磁場的作用下速度發(fā)生了明顯加快。 通過分析火星大氣的計算機模型，科學(xué)家們得出結(jié)論稱，在火星表面確實能觀測到綠色的發(fā)光現(xiàn)象，只是它們不會出現(xiàn)在極地附近。

據(jù)新華社華盛頓11月2日電（記者任海軍）美國航天局2日說，“好奇”號火星車首次分析了火星大氣，未發(fā)現(xiàn)其中含有甲烷。

地球大氣中90%以上的甲烷由活體有機物制造，希望發(fā)現(xiàn)火星生命線索的地面項目科學(xué)家對火星大氣中含有甲烷充滿期待。但“好奇”號“火星樣本分析”設(shè)備的首次分析結(jié)果令他們失望。

科學(xué)家此前通過地面和太空設(shè)備在火星大氣中發(fā)現(xiàn)過甲烷，但濃度非常低，約為億分之一至億分之五?！昂闷妗碧栱椖靠茖W(xué)家認(rèn)為，目前在火星上名為“巖巢”的地點未觀測到甲烷并不意味著此前發(fā)現(xiàn)有誤，因為甲烷可能在不同時間積聚于不同地點。