美国NASA火星探测五十周年 盘点火星探索

时间:20-09-03 栏目:天文科学 作者:wenkula 评论:0 点击: 32 次



天文学家发现火星表面斜坡上有随季节变化的线条状痕迹。


天文学家发现火星表面斜坡上有随季节变化的线条状痕迹。


好奇号探测车所拍摄到的盖尔陨坑影像,地层证据显示这里过去曾有流动的水。


好奇号探测车所拍摄到的盖尔陨坑影像,地层证据显示这里过去曾有流动的水。


艺术家的想像图,太阳风将火星大气吹走。


艺术家的想像图,太阳风将火星大气吹走。


火星和月球探测车所行驶的距离比较。


火星和月球探测车所行驶的距离比较。


MRO所拍摄到的小猎犬号。


MRO所拍摄到的小猎犬号。


(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:胡佳伶 任职于台北市立天文科学教育馆):1965年7月14日水手四号抵达火星,至今已经五十个年头。回顾过去,世界各国发射了许多火星探索任务,从飞掠、轨道卫星、登陆器,到探测车,其实火星探测并不总是一帆风顺,竟只有比一半略高的成功机率,也正因为如此,成功的时刻更是让人热血沸腾!美国航太总署(NASA)就特别为火星探测五十周年制作了一部精彩影片,航向火星、重温当时的悸动。


NASA更趁着火星热,推出了「MarsTrek」网站,这可以说是NASA版的火星Google map,可以察看不同火星任务所拍摄的2D及3D影像,在右边的工具栏还能选取不同影像层,切换不同镜头,甚至包括热能影像和雷射影像。


1.火星勘测轨道卫星(Mars Reconnaissance Orbiter,MRO)发现火星现在仍有液态水


若问2015年底天文界最火红的电影是什么?当然非《绝地救援》莫属!这部电影不但狂扫全球票房,原著更成为近年来最红的科幻小说。麦特.戴蒙在电影中饰演被独自困在火星上的太空人马克.瓦特尼,为了制造液态水种植马铃薯吃尽苦头。电影在2015年10月1日上映,正当宣传如火如荼之际,美国航太总署(NASA)就趁着这股电影带动的人气,在9月28日举行记者会,公布在火星表面发现液态水的证据!


在这之前,科学家谈到火星上的水,通常讨论的是历史上曾经存在的水,或是冰冻的水。但这项最新的发现是:火星「现在」还有「液态水」!而《绝地救援》剧组当然也没放过这个机会,请麦特.戴蒙拍了一段短片,拿着一杯开水对着镜头干杯:「恭喜NASA的科学家们发现火星上有液态水存在!这真是个大新闻!真希望我被困在火星上的时候知道这件事,不过…… 下次我就知道有水了!」2010年,卢金德拉.欧嘉(Lujendra Ojha)还是美国亚历桑纳大学的大学生,他在火星勘测轨道卫星的高解析相机(HiRISE,High Resolution Imaging Science Experiment)影像中发现了季节性斜坡条纹(recurring slope lineae,简称RSL) 。这些条纹出现在火星的陡峭山坡,在温度高于摄氏零下23度时出现,较冷时又会消失(动画),在这之后,HiRISE发现了越来越多季节性斜坡条纹的踪迹。


欧嘉等人利用火星勘测轨道卫星的光谱仪(CRISM,Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars),在季节性斜坡条纹最宽的时候,侦测到水合过氯酸盐的证据(过氯酸镁、氯酸镁以及过氯酸钠的水合物,光谱仪的分析结果请见上图),而有些过氯酸盐能将液体的凝固点降低至摄氏零下70度。


至于这些水是从何而来?科学家提出了三种可能性。第一种是过氯酸盐会在火星空气特别潮湿时,吸收大气中的水分;第二种是火星地下的冰层与盐类接触后,融化形成盐水;第三种可能,则来自地下的含水土层。欧嘉认为水在地表下方浅层流动,并透过毛细作用渗到地面将过氯酸盐水合,形成我们看到的黑色条纹。这项研究发表在2015年9月28日出版的《自然地球科学》(Nature Geoscience)期刊。


2.好奇号确认火星过去曾有湖泊


2015年10月8日,NASA又召开记者会,发布好奇号(Curiosity)火星探测车在盖尔陨石坑(Gale Crater)进行地质研究,发现此处在过去33-38亿年间,曾有河流和湖泊长期存在,使得沉积物逐渐累积形成夏普山(Mount Sharp)较低矮的地层。在这之前,科学家还无法确认这些一层层的沉积物是由风或水的作用所造成的,这篇研究发表在《科学》(Science)期刊。


如果想体验驾驶好奇号漫步火星的乐趣,NASA出版的Experience Curiosity可以让你驾驶好奇号,并可控制好奇号中主相机、导航相机、避险相机等设备,监测好奇号行走时,周边环境的同步变化,操作超简单,大家不妨上线亲自试试!


其实不只是火星探测器,地面上的望远镜也能研究火星的过去!科学家想知道火星在年轻时到底蕴藏多少水?这些水又是如何流失?他们使用了地球上三个主要的红外线望远镜,从地面观测火星可见的半球面,研究火星大气的水分子。结果显示,火星大气中的纯水与重水比例,在不同位置及季节会改变。重水的水分子中包含了氢(H)的同位素─氘(D),当氢逸散到太空时,氘依然会被捕捉在火星大气的水循环中。


研究人员发现,在火星极冠的冰帽中含有丰富的氘,这表示火星已经损失相当大量且巨观的水了!他们发现,火星中的重水含量比地球海洋的还多,可以估算出现今的火星只保留古代海洋13%的水,存放在极冠的冰帽中,另87%消失的水,已经都逸散到太空中了!这也表示,早期的火星看起来与现在的面貌大不相同,以前应该有数量可观的水覆盖火星地表。这些水可能在火星北半球一区相当平坦,但呈现凹陷的平原,形成占据火星表面约20%区域的海洋,这个海洋曾经的深度可能和地中海的平均深度差不多。


结合火星地形与目前最新的水量流失预测,研究人员可以模拟火星古代的海洋原貌,以及这些水是如何逸散到太空。火星数十亿年来不断流失大气层,也失去保水所需的压力及温度,导致海洋退缩。留存下来的水,现在都冻结保存在火星南北极区中,形成了我们所看到的极冠。现在我们已经知道火星有水的时间,远长过我们以前的认知,从好奇号的观察得知,它有水的时间已经超过15亿年了,比地球上生命演化的时间更长,而在这段时间内,究竟是否能够发展出生命呢?


3.MAVEN确认太阳风吹走火星大气


11月6日,NASA公布了另一项关于火星大气的重大发现。科学家认为在数十亿年前,温暖的火星有厚厚的大气,地表上还有水在流动,当时环境足以让生命蓬勃发展,但为何现在只剩稀薄的大气和遍野荒凉?科学家认为这是因为火星不像地球拥有全球性磁场的保护(火星有数百个伞状磁区零散分布,也是有极光的喔),因此火星大气上层的带电气体会被太阳风产生的电场加速,散逸到太空中。


NASA 在2013年11月发射的火星大气与挥发物演化任务号探测船(Mars Atmosphere andVolatile Evolution,简称MAVEN)于2014年9月18日抵达火星轨道。 MAVEN发现太阳风将火星大气吹走,让一度像是地球的火星大气变成今日「薄如纸、干如骨」的模样! MAVEN的观测显示太阳风以每秒 100 克的速率吹走火星大气;而在2015年3月的太阳风暴时,也记录到大气加速流失的情形!数十亿年前,太阳活动更为剧烈,当时的大气流失想必更为严重。这篇研究发表在《科学》期刊。


4.好奇号首次在火星表面确定侦测到有机质


火星探测车好奇号在它周围的大气中侦测到甲烷这种有机分子陡增10倍又回复常态的现象,也在钻取下来的岩石碎屑样本中侦测到其他有机分子(有机质是不同比例的碳氢氧元素组成的化合物)!甲烷丰度陡增又回复常态,显示该地必定有某种小范围的局部性甲烷来源。但目前尚无法确定甲烷源自生物过程,或非生物性的无机过程(橄榄石蛇纹岩化的过程也会产生甲烷)。部分媒体宣称「已经在火星上发现细菌」的报导是不正确的,各位读者可要明察秋毫!


5.火星探测任务近况


目前仍活跃的火星探索任务有七个, 其中有五个轨道卫星:2013年美国航太总署发射的MAVEN、印度发射的火星轨道探测器(Mars Orbiter Mission,简称MOM),2001年NASA发射的火星奥德赛号(Mars Odyssey),2005年NASA发射的火星勘测轨道卫星,2003年欧洲太空总署(ESA)发射的火星特快车号(Mars Express);另外也有两辆探测车目前仍活跃于火星上:2001年NASA发射的好奇号,以及2003年NASA发射的机会号(Opportunity)。


最近火星上的机会号完成了一项惊人的创举, 它花了漫长的11年又2个月,跑完一场42.195公里的马拉松!机会号不但是人类所设计在地球以外表面行驶最久的载具, 更神奇的是原本机会号的设计只计画运作三个月时间, 但依靠着太阳能动力, 机会号从2004年1月登陆火星, 至今仍在火星上探索!


另一项令人震惊的新闻是,2003年失踪的英国火星登陆器──小猎犬2号(Beagle 2)一直音讯全无,但NASA的火星勘测轨道卫星竟然在事隔十多年后,在火星表面拍摄到小猎犬2号的踪迹!


除了目前仍活跃的七个火星任务,欧洲太空总署在2016年3月成功发射了「火星天文生物学任务」(Exobiology on Mars,简称ExoMars)的火星微量气体探测轨道卫星(Trace Gas Orbiter,简称TGO),预计2016年10月19日入轨。未来几年还有2018年的美国航太总署洞察号(Insight)登陆器,2020年欧洲太空总署火星天文生物学任务的探测车,和美国航太总署的Mars 2020探测车。相信这些未来的火星探测任务,能帮助我们更了解火星的适居性,寻找火星上是否曾有微生物的踪迹,更重要的当然是为2030年代将人类送上火星做准备!也请各位拭目以待啰!



美国NASA火星探测五十周年 盘点火星探索:等您坐沙发呢!

发表评论


最新评论