定于本月晚些时候发射的MAVEN航天器将携带8种仪器，研究火星大气层的细节。
图片来源：NASA
很久以前，行星科学家曾相信，火星被一层厚厚的大气层笼罩，保护着其存有水的表面——这样的环境允许生命的出现和繁衍。而如今，科学家认为，火星的大气层是稀薄的，其表面是一个寒冷、贫瘠的沙漠。究竟是什么导致了科学家观点的显著改变呢？
如果一切顺利，美国宇航局（NASA）定于本月晚些时候发射的一个航天器将会解答该问题。火星大气与挥发物演化（MAVEN，意为专家）航天器将会穿过火星大气层的外层边缘，使用8种仪器测量气体并监测周围条件。这些测量能帮助研究人员弄清在亿万年间，不间断的太阳粒子风如何与小行星撞击以及同火星表面的化学物质相作用，从而耗尽了大气中的水和其他气体。
该任务的主要研究人员、科罗拉多大学地质学家Bruce Jakosky称，MAVEN最终将会“探索火星的宜居性”，“如果你试图知道在火星上生活的可能性，你不得不了解它的气候史”。
直到现在，行星科学家还在试图回答有关于火星表面的生命问题。在卫星远程测绘火星的地形和矿物质的同时，NASA已经在过去10年中向火星发送了3个探测器以研究古代沉积物中水存在的线索。加利福尼亚大学洛杉矶分校地质物理学家Chris Russell并未参与MAVEN团队，他称，这样的分工遗漏了一些重要的信息来源。“我们进入了一种探索的僵化思维——我们迟早会到达火星表面，并在下一次做得更好。”Russell说，“我们需要打破这种模式，而MAVEN做到了。”
MAVEN将会进入火星稀薄的上层大气层，并直接取样。之前的火星卫星已经飞到了火星表面上方400千米到257千米处，而MAVEN将沿一个椭圆轨道运行，最近的位置在距火星土壤150千米处，最远将到达其大气层的电离外层。该飞行器还将进行5次“深层接触”，到达距火星表面125千米的高度，这使得其仪器可以搜集从电离层一直到低层大气边缘的数据。
MAVEN中的6个仪器将会探究太阳风如何侵蚀火星高层大气的顶部——火星的大气层不像地球大气层那样被磁屏蔽保护。这些仪器中包括一个磁强计，可以测绘火星的电磁场，科学家相信火星的电磁场在火星历史早期很强大，但是如今只存在于火星地壳的磁化碎块中。这些磁化碎块保护了大气层免受太阳风的侵袭。磁强计的测量，加上另一种仪器对太阳风的观测，将会帮助研究人员了解大气层中哪些位置最易受太阳风的剥离。
另一种仪器是中性气体和离子质谱仪（NGIMS），它将会测量元素同位素比率，例如上层大气层中的氩气，以使研究人员掌握气体逃逸至太空的速度。“在大气层上层，气体不再完全混合，而因质量差异而分离，较轻气体的平均位置要比较重的气体高。”NASA戈达德宇宙飞行中心的研究人员Paul Mahaffy说，“这使其更易逃离火星。”
Mahaffy称，比如，测量氩-38和氩-36的比率如何随着高度变化而变化，可以通过揭示不同质量的气体以多快的速度穿过大气层，从而帮助研究人员模拟其逃离过程。通过将这些模型与其所了解的太阳如何随时间变化的信息相结合，研究人员可以推断火星不同历史时期其大气层的密度和成分。
研究人员认为有3个过程导致火星大气层变薄。“其中一个是二氧化碳脱离大气层，并在地壳中形成碳酸盐矿物。”Jakosky称。他指出探测器中的仪器所做的火星表面光谱分析将提供证据证实这一观点。“第三个过程是由太阳风驱动逃至太空。只有将所有这些过程综合起来，我们才能明白发生了什么。”Jakosky说。
MAVEN还会携带一张包含1100条俳句的DVD，这些俳句是研究团队从去年举行的竞赛中得到的。五个获奖作品中的一条这样写道：“火星，你如此神秘，我们渴望了解你。”（苗妮） （原标题《“专家”任务：透过大气看火星》）
《中国科学报》 (2013-11-12 第3版 国际)
