甲烷之谜尚未解决,好奇号又给科学家扔来了一个氧气谜团


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甲烷之谜尚未解决,好奇号又给科学家扔来了一个氧气谜团

在2019年5月17日,也就是任务的第2410个火星日,NASA的好奇号火星车利用黑白导航相机(Navigation Cameras,Navcams)拍下了这些动态浮动的云。
图片来源:NASA/JPL-Caltech

这些云可能由水和冰构成,距离火星表面大约19英里(31公里);它们也是一种“夜光”云,这意味着它们距离星球表面异常之高,高到即使当下方的火星表面处于黑夜之中时,它们仍能被太阳的光芒照亮。科学家能观察到来自太阳的光线在何时离开这些云层,从而利用时间信息推断它们的高度。

在人类太空探索的历史上,这还是科学家首次测量火星表面盖尔环形山(Gale Crater)正上方大气成分的季节性变化。测量的结果就是,他们发现了一种令人困惑的气体成分:氧气,这种地球上许多生物赖以生存的呼吸气体,在火星上含量的季节性变化,还无法通过任何已知的化学过程进行解释。

在过去的3个火星年(Martian year,一个火星年由22个月构成,包含668.59个火星日,大约是地球年的1.88倍),也就是大约6个地球年中,火星样本分析仪(Sample Analysis at Mars,SAM)对盖尔环形山上方的大气进行了吸入式采样,并进一步分析了其中的化学成分。火星样本分析仪位于美国航空航天局(NASA)好奇号(Curiosity)火星探测车的腹部位置,就像是一个便携式化学实验室,分析仪得出的结果确认了火星表面的大气成分:95%的二氧化碳(CO2)、2.6%的氮气(N2)、1.9%的氩气(Ar)、0.16%的氧气(O2), 以及0.06%的一氧化碳(CO)。分析结果还揭示了另一个重要发现,那就是在一个火星年中,火星大气中各种气体分子随着气压变化的混合和循环模式。这种季节性气体成分变化,源于冬季时二氧化碳气体在两极的冻结降低了两极区域的气压,为了保持整体的气压平衡,火星大气会进行重新分配,这将导致整个星球表面的气压降低。在春季和夏季,二氧化碳因温度上升变回气态时,又会混合进入火星大气升高整体气压。

在这样的背景下,科学家发现氮气和氩气的含量遵循了可预测的季节性模式:伴随着二氧化碳在大气中的全年含量变化,氮气和氩气在盖尔环形山上方的浓度也相应呈现出上升和下降的趋势。科学家理所应当地认为氧气的含量变化也会如此,但事实却没有那么简单,在整个春季和夏季氧气都反其道而行之,含量最多时相比冬季竟然增加了30%,随后在秋季又会回降到用已知的化学方法所预测的浓度水平。尽管每一年大气中增添的氧气含量不尽相同,但这种含量增高的变化模式在每个春季都会重复出现,这意味着,火星上存在着某种物质在持续地生产氧气,然后又消耗掉它。

甲烷之谜尚未解决,好奇号又给科学家扔来了一个氧气谜团

盖尔环形山上方大气中氧气含量的季节性变化
图片来源:梅丽莎•特雷纳/丹•加拉格尔(Dan Gallagher)/NASA戈达德航天飞行中心

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