ExoMars在火星大气层中发现新的天然气特征

ESA的ExoMars微量气体轨道器在火星上发现了新的气体特征。这些揭露了有关火星大气层的新秘密，并将使人们能够更准确地确定地球上是否存在甲烷(一种与生物或地质活动有关的气体)。

追踪气体轨道器(TGO)一直在研究轨道上的红色星球，已有两年多了。该任务旨在了解构成火星大气层的气体混合物，并特别关注围绕甲烷存在的谜团。

同时，根据敏感的大气化学套件(ACS)对火星的全年观测结果，该航天器现在发现了前所未有的臭氧(O3)和二氧化碳(CO 2)签名。这项发现被发表在《天文学与天体物理学》上的两篇新论文中，其中一篇由英国牛津大学的凯文·奥尔森领导，另一篇由俄罗斯科学院俄罗斯空间研究所的亚历山大·特罗希莫夫斯基领导。

凯文说：“这些功能既令人困惑又令人惊讶。”

“它们位于我们预期会看到最强甲烷迹象的确切波长范围内。在此发现之前，CO 2特征完全未知，这是火星上这部分红外波长中首次发现臭氧范围。”

的火星大气通过CO为主2，科学家观察来衡量的温度下，跟踪的季节，探索空气循环，等等。臭氧在火星和地球的高空大气层中形成一层，有助于保持大气化学稳定。ESA的“火星快车”等航天器已经在火星上看到了CO 2和臭氧，但是ACS仪器在TGO上的出色灵敏度能够揭示有关这些气体与光的相互作用的新细节。

在TGO寻找甲烷的范围内观察臭氧是完全出乎意料的结果。

在火星上如何产生和销毁甲烷是一个重要的问题，它是了解在火星上甲烷的各种探测和未探测到的信息，时间和地点都不同。尽管甲烷仅占整个大气总量的很小一部分，但甲​​烷尤其是行星目前活动状态的关键线索。该图描述了从大气中添加或去除甲烷的一些可能方式。一种令人兴奋的可能性是甲烷是由微生物产生的。如果将其埋入地下，则该气体可以存储在称为笼形物的格子结构冰层中，并在更晚的时间释放到大气中。甲烷还可以通过二氧化碳与氢之间的反应生成(而甲烷又可以通过水与富橄榄石的反应生成)，通过深层岩浆脱气或古老有机物的热降解。同样，它可以存储在地下，并通过表面裂缝释放出气体。甲烷也可能被困在浅层冰层中，例如季节性冻土。紫外线辐射可以通过与表面上已有的其他分子或有机物质(例如，落在火星上的彗星尘埃)发生反应而生成甲烷并将其分解。高空大气层(60 km以上)中的紫外线反应和低空大气层(60 km以下)中的氧化反应起到将甲烷转化为二氧化碳，氢和水蒸气的作用，并导致该分子的寿命约为300年。甲烷还可以通过大气环流在地球上快速分布，稀释信号并使其难以识别单个来源。由于考虑大气过程时该分子的寿命，因此今天的任何检测都暗示该分子是最近才被释放的。但是，已经提出了其他的生成和破坏方法，这些方法解释了更多的局部检测方法，并且还允许更快地从更靠近地球表面的大气中清除甲烷。在10 km以下的低层大气中，灰尘非常丰富，并且可能与直接与地表的相互作用一起起作用。例如，一种想法是甲烷在局部区域通过表面扩散或“渗入”，然后被吸附回到表土中。另一个想法是强风侵蚀了行星的表面，使甲烷与尘埃迅速反应，消除了甲烷的特征。季节性沙尘暴和沙尘暴也会加速这一过程。继续在火星上进行探索-从轨道和地表进行-以及实验室实验和模拟，将有助于科学家更好地了解与甲烷产生和破坏有关的不同过程。图片来源：欧洲航天局

科学家之前已经绘制了火星臭氧随海拔变化的图。然而，到目前为止，这很大程度上是通过依靠紫外线中气体的信号的方法来实现的，该技术仅允许在高海拔(高于地面20公里)处进行测量。

ACS的新结果表明，也可以在红外图中绘制火星臭氧，因此可以在较低的高度探测其行为，以更详细地了解臭氧在地球气候中的作用。

揭开甲烷之谜

TGO的主要目标之一是探索甲烷。迄今为止，火星甲烷的迹象是多变的，有些难以捉摸。这些迹象包括航天飞机上的ESA的“火星快车”和NASA的“好奇号”火星车。

虽然也是由地质过程产生的，但地球上的大多数甲烷是由生命产生的，从细菌到牲畜和人类活动。因此，在其他行星上检测甲烷非常令人兴奋。考虑到已知气体会在约400年内分解，这尤其正确，这意味着存在的任何甲烷一定是在相对较近的过去生产或释放的。

亚历山大·特罗希莫夫斯基(Alexander Trokhimovskiy)说：“在我们寻找甲烷的地方发现无法预料的CO 2签名是很重要的。” “这种特征以前无法解释，因此可能在火星探测少量甲烷中发挥了作用。”

Alexander，Kevin及其同事分析的观测结果大多与支持火星甲烷检测的观测时间不同。此外，TGO数据无法解释大量的甲烷羽流，只能解释较小的甲烷羽流，因此，目前，特派团之间没有直接分歧。

“事实上，我们正在积极地与其他任务协调测量，”凯文澄清说。“这一发现并没有争议任何先前的主张，而是促使所有团队密切关注-我们知道得越多，我们就能越深入和准确地探索火星的气氛。”

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