NASAMAVEN(火星大气和挥发性演化)探测器在火星上层大气(电离层)带电部分发现了“等离子体层”和“裂谷”。这种现象在地球上很常见,会对无线电通讯造成无法预测的干扰。然而,我们并不完全了解它们,因为它们形成于在地球上很难探索的高度。MAVEN的这一意外发现表明,火星是一个独特的实验室,可以更好地探索和理解这种高度破坏性的现象。

NASA的MAVEN(火星大气和挥发性演化)探测器在火星上层大气(电离层)带电部分发现了“等离子体层”和“裂谷”。这种现象在地球上很常见,会对无线电通讯造成无法预测的干扰。然而,我们并不完全了解它们,因为它们形成于在地球上很难探索的高度。MAVEN的这一意外发现表明,火星是一个独特的实验室,可以更好地探索和理解这种高度破坏性的现象。
来源:NASA’s Goddard Space Flight Center

论文的主要作者,马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的格林·科林森说:“这些等离子体层离我们所有人的头顶太近了,可以被任何使用无线电的人探测到,但是它们仍然很神秘。”该研究将于2月3日发表在《自然天文学》上。 “谁会想到了解它们的最好方法之一就是向火星发射3亿英里的卫星?”

如果您最喜欢的广播电台曾被干扰或被另一个电台所取代,则可能的原因是在大气的最上层区域(称为“电离层”)中形成了一层称为“等离子体”的带电气体层。这些等离子体层突然形成并持续了几个小时,这些等离子体层的作用就像天空中的巨型镜子,使遥远的无线电信号在地平线上反弹,从而干扰本地传输,就像两个人试图互相交谈一样。这些等离子体层还可能导致干扰飞机和运输的无线电通信,并使军用雷达失明。

该图显示了来自远程站(弯曲的紫色线)的无线电信号在被电离层中的等离子体层反射后干扰本地站(黑塔)。
来源:NASA Goddard/CI lab

在地球上,这些等离子体层形成于大约60英里(约100公里)的高度,那里的空气太稀薄,无法让飞机飞行,但对于卫星来说却太浓厚,任何卫星都无法绕其轨道飞行。唯一的方法是用火箭,但这些任务只持续几十分钟就会落回地球。“我们知道它们已经存在了80多年,但我们对它们内部的情况知之甚少,因为没有一颗卫星能够降到足够低的高度到达这些等离子体层,”科林森说,“至少地球上的卫星没有”。

在火星上,像MAVEN这样的航天器可以在较低的高度运行,并且可以直接对这些特征进行采样。MAVEN携带多种科学仪器,可测量火星周围大气和太空中的等离子体。其中一个仪器最近的测量发现,当它飞过火星电离层时,其丰富的等离子体突然出现了意想不到的峰值。NASA戈达德航天中心前MAVEN项目科学家乔·格雷博斯基很快就从他之前的火箭穿越地球各大气层的经验中发现了这一现象。MAVEN不仅发现这样的等离子体层可以在地球以外的其他行星上出现,而且新的结果显示,火星提供了地球无法提供的东西,我们可以利用卫星可靠地探索这些等离子体层。

图示MAVEN探测器在火星上遇到等离子体层。
来源:NASA Goddard/CI lab

该论文的合著者格雷博夫斯基说:“ MAVEN可观测到的低海拔地区将填补我们对火星和地球上这一区域的认识上的巨大空白,并且还有非常重大的发现。”

MAVEN的观测已经推翻了我们对这种现象的许多现有观念:MAVEN发现,这些等离子体层也有一个镜像对面,即“裂谷”,那里的等离子体较少。在MAVEN在火星上发现它们之前,自然界中这种“裂痕”的存在是完全未知的,它推翻了现有的科学模型,这些模型认为它们无法形成。此外,火星等离子体层不像地球那样是短暂的和不可预测的,火星等离子体层的的生命周期和持久性是惊人的。

这些新发现已经使我们对构成这些等离子体层的基本过程有了更好的了解,而火星未来的探索将使我们能够建立关于它们如何形成的更好的科学模型。尽管就像天气一样,我们无法阻止它们形成,但也许有一天,火星的新见解可能会帮助我们在地球上预测它们,这意味着对我们所有人而言,无线电通信更加可靠。

这项研究是由MAVEN任务资助的。 MAVEN的主要研究人员位于科罗拉多大学大气与空间物理实验室,而位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心负责该MAVEN项目的管理。合作机构包括洛克希德·马丁公司、加州大学伯克利分校和NASA的喷气推进实验室。NASA正在探索我们的太阳系和太阳系以外的地方,利用我们强大的太空舰队和地面任务,探索世界、恒星和远近的宇宙奥秘。

来源:
https://www.nasa.gov/press-release/goddard/2020/mars-layers-and-rifts

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