美MAVEN航天器发射在即：透过大气看火星

将于本月晚些时候发射的微型飞行器将携带八个仪器来研究火星大气的细节。

资料来源:美国航天局

很久以前，行星科学家认为火星被厚厚的大气层所覆盖，保护着它的含水表面——一个允许生命出现和繁殖的环境。今天，科学家认为火星的大气层很薄，其表面是一片寒冷、贫瘠的沙漠。到底是什么导致了科学家观点的重大变化？

如果一切顺利，美国宇航局将于本月晚些时候发射的宇宙飞船将回答这个问题。火星大气和挥发性进化(MAVEN，意思是专家)航天器将通过火星大气的外缘，使用八个仪器来测量气体和监测周围环境。这些测量有助于研究人员发现数十亿年来，不间断的太阳粒子风是如何与小行星碰撞，并与火星表面的化学物质相互作用，从而排出大气中的水和其他气体的。

科罗拉多大学的地质学家、此次任务的主要研究员布鲁斯·雅克斯基说，马文最终将“探索火星的可居住性”，并且“如果你试图知道在火星上生活的可能性，你必须知道它的气候历史”。

直到现在，行星科学家仍在试图回答关于火星表面生命的问题。在卫星远程测绘火星地形和矿物的同时，美国宇航局在过去10年里已经向火星发射了三枚探测器，以研究古代沉积物中存在水的线索。洛杉矶加利福尼亚大学的地球物理学家克里斯·拉塞尔(Chris Russell)没有参与MAVEN的团队，他说这种分工遗漏了一些重要的信息来源。“我们已经进入了探索的僵化思维——迟早我们会到达火星表面，并在下一次做得更好。”拉塞尔说，“我们需要打破这种模式，马文做到了。”

微型飞行器将进入火星稀薄的高层大气，并直接取样。前一颗火星卫星已经在火星表面上空飞行了400至257公里，而微型飞行器将沿椭圆形轨道飞行，最近的位置是离火星土壤150公里，最远可到达其大气层的电离外层。宇宙飞船还将在离火星表面125公里的高度进行五次“深度接触”，这将使它的仪器能够从电离层收集到低层大气边缘的数据。

MAVEN的六个仪器将探索太阳风是如何侵蚀火星高层大气的——火星的大气不像地球的大气那样受到磁屏蔽的保护。这些仪器包括一个磁强计，可以绘制火星的电磁场。科学家认为，在火星历史的早期，火星的电磁场非常强，但现在它只存在于火星外壳的磁化碎片中。这些磁化的碎片保护大气免受太阳风的影响。磁力计的测量，加上另一台仪器对太阳风的观测，将帮助研究人员了解大气中哪些位置最容易受到太阳风剥离的影响。

另一种仪器是中性气体和离子质谱仪(NGIMS)，它将测量元素的同位素比率，例如高层大气中的氩，以便研究人员能够掌握气体逃逸到太空的速度。“在高层大气中，气体不再完全混合，而是由于质量差异而分离。较轻气体的平均位置高于较重气体的平均位置。”美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究员保罗·马哈菲说:“这使得逃离火星变得更加容易。”。

Mahaffy说，例如，测量氩-38和氩-36的比率如何随高度变化，可以帮助研究人员通过揭示不同质量的气体通过大气的速度来模拟逃逸过程。通过将这些模型与太阳如何随时间变化的信息相结合，研究人员可以推断出不同历史时期火星大气的密度和成分。

研究人员认为有三个过程导致火星大气变薄。"一是二氧化碳从大气中逸出，在地壳中形成碳酸盐矿物."杰克斯基说。他指出，探测器中的仪器对火星表面的光谱分析将为证实这一观点提供证据。“第三个过程是由太阳风驱动逃逸到太空。只有通过整合所有这些过程，我们才能理解发生了什么。”杰克斯基说。

MAVEN还将携带一张包含1100个俳句的影碟，这些俳句是研究团队从去年的一次竞赛中获得的。五个获奖作品之一写道:“火星，你太神秘了，我们渴望了解你。”(米妮)(原名“专家任务:透过大气层看火星”)

中国科学新闻(2013-112第三版国际版)