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美国宇航局在火星上探索氧气的奥秘
发布时间: 2019-11-16
  火星空气中的氧气正在以一种目前无法通过已知化学过程解释的方式变化。
  这就是从事好奇号火星车任务的科学家的说法,他们一直在测量天然气。
  他们发现,春季和夏季,火星“空气”中的氧气量增加了30%。
  这种模式仍然是个谜,但是研究人员开始缩小可能性。
  虽然这些变化本质上很可能是地质学,但行星科学家无法完全排除涉及微生物生命的解释。
  结果来自好奇号漫游者腹部便携式化学实验室火星样品分析(Sam)仪器中价值近六个地球年(三个火星年)的数据。
  科学家们测量了好奇心降落在火星上大风火山口表面上方空气中的气体的季节性变化。他们的发现发表在JGR-Planets杂志上。
  火星大气层主要由二氧化碳(CO2)和少量其他气体组成,例如分子氮(N2),氩气(Ar),分子氧(O2)和甲烷(CH4)。
  氮气和氩气遵循可预测的季节模式,根据空气中的二氧化碳含量而变化(而二氧化碳又与气压的变化有关)。他们希望氧气也遵循这种模式,但事实并非如此。
  氧气在每个北半球春季都会上升,然后在秋季下降。
  他们考虑了当CO2或水(H2O)分子在大气中破裂时释放氧气的可能性,从而导致短暂的上升。但是产生额外的氧气所需的水量是实际需要的五倍,而二氧化碳的分解速度太慢而无法在这么短的时间内生成氧气。
  “我们知道氧气是通过太阳光分解CO2和H2O所产生的能量在火星上产生和破坏的,在火星大气层中都可以观测到这两种能量。没有意义的是变化的大小-它没有没有参与这项研究的开放大学的曼尼什·帕特尔(Manish Patel)博士对BBC新闻说,这与我们期望的结果不符。
  “鉴于好奇心是在火星表面进行测量的,因此很容易想到这是从火星表面进行的,但是我们没有证据表明这一点。合适。”
  JGR-Planets论文的作者之一,马里兰大学帕克分校的蒂莫西·麦康诺奇博士告诉英国广播公司:“您可以测量火星大气中的水蒸气分子,并且可以测量氧的变化……水分子不足。
  “一般来说,火星只有很少量的水蒸气,而且神秘地出现的氧原子比整个星球上水蒸气中存在的氧原子还要多。”
  他们还考虑了为什么氧气在秋天回落到已知化学方法预测的水平。一种想法是太阳辐射可以将氧分子分解成两个原子,然后逃逸到太空中。但是在计算了数字之后,科学家得出结论,以这种方式消失氧气至少需要10年。
  此外,季节性上升并非完全可以重复。氧气的数量每年之间变化。结果暗示有某种气体在产生气体,然后将其带走。
  McConnochie博士认为证据表明近地表有氧气来源。他说:“我认为它指向土壤中与大气交换的(氧气)储层。”
  他告诉英国广播公司新闻说:“要在一个季节性的时间尺度上迅速地(与大气交换),它必须接近地表。如果更深,任何过程都将变慢。”
  美国宇航局的维京号着陆器对此提供了一些支持证据,该着陆器在1970年代触及了红色星球。维京气体交换实验(GEX)的结果表明,当在装有火星土壤样本的室内增加湿度时,会导致氧气释放。
  但是,麦康诺奇博士说,即使在春季和夏季,维京号航天器舱中的温度也比室外温度高得多。他解释说,这使将结果应用于火星环境的任何尝试都变得复杂:“这是一个诱人的线索,但这无助于我们直接解决问题。”
  在春季和夏季,火星确实变得更加潮湿。冬季,水冰会沉积在两极上。然后,整个夏天,极地地区都会释放出水蒸气。
  此时整个星球的增湿与氧气的释放之间可能存在联系。
  有趣的是,氧气的变化与甲烷的变化相似,由于莫名其妙的原因,甲烷在夏季的丰度增加了约60%。尚不清楚是否有任何连接。
  多年来,甲烷之谜一直备受关注,因为地球上的大部分甲烷都是由生物体产生的。尽管有几种方法可以通过火星上的地质过程释放出甲烷,但深埋于地表深处的微生物生产这种气体仍然具有诱人的可能性。
  氧气也可以由微生物产生。不能排除生物学在火星大气层中不断变化的水平背后的可能性。但是,对这种说法的科学门槛确实很高。
  这是一种非常遥远的可能性,但我们仍然对氧气的行为了解得不够多,无法将其用作生命指标。
  此外,火星附近的近地下是一个非常难以居住的地方,因为高水平的辐射会通过火星大气层泄漏,温度变化很大,水的供应有限。
  “利用火星飞船上的现有仪器,我们无法知道生物学是否正在导致氧气的春季上升。非生物过程看起来非常有前途,因此我们必须在进行微生物贡献之前首先将其排除在外,” Sushil Atreya教授该研究的合著者,密歇根大学的医学博士告诉BBC新闻。
  但他补充说,未来的任务将进行相互关联的测量,从而可能阐明火星的可居住性。
  帕特尔博士说:“虽然我相信在火星历史上某个时刻火星亚表面的生物活性是一种真实的可能性,但没有办法通过产氧微生物来解释这一点-我们缺少其他可能会产生氧的其他指标。随之而来。
  “也许所有的东西都是隐藏的,但是作为科学家,我只能评论我们所观察到的东西,而非同寻常的主张需要非同寻常的观察。”
  氧气以某种化学形式锁定在火星土壤中的想法仍然很有可能。
  Tim McConnochie解释说:“适用于大多数气体分子的一种现象是它们粘附在表面上,尤其是表面积很大的任何物质。这种粘附,吸附是随温度而变化的。”
  “氧气是一种非常活跃的分子,因此它会转变成其他形式,然后黏附然后又变回来。棘手的事情是我们在火星土壤中所知道的氧气形式是非常稳定的。”
  这些稳定分子之一是一种称为高氯酸盐的化合物,该化合物广泛分布于火星土壤中。它不会轻易地释放出氧气,但是暴露于高能辐射(例如宇宙射线)中可能会使其中的一些分解,留下副产物。
  一种潜在的副产品是次氯酸盐(存在于漂白剂中),次氯酸盐稳定性较差,因此更容易释放氧气。
  蒂姆·麦康诺奇说:“我觉得我们更接近于如何将其从土壤中释放出来的想法,而不是如何将其螯合回土壤中的想法。” 但他解释说:“大概是有一定的周期将其隔离。”
  阿特雷亚教授解释说:“在火星表面/地下至少有三个潜在的非生物性氧气储集层-高氯酸盐形式的氧化剂;过氧化氢形式的氧化剂;氧化的岩石或水合矿物质。
  “过去,甚至今天,如果液态水存在于地表以下或以盐水的形式发生,那么今天的水-岩石反应很可能是第三个储层的原因。”
  Patel博士认为,不可能将Gale Crater的结果应用于整个火星。“最近的甲烷测量突出了这一点,好奇号测量了大量的甲烷,但是ExoMars微量气体轨道仪上的NOMAD和ACS仪器无法检测到,该设备在全球范围内对这些物质进行测量而且灵敏度更高。”
  JGR-Planets上的这项研究的作者说,他们正在向该领域的科学家抛出这个问题,以利用整个社区的专业知识。
  在过去的几十年中,我们已经学到了很多有关“红色星球”的知识,但是很显然,还有很多难题需要解决。选举2019:什么大科技没有告诉我们有关广告的信息
 
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