美国宇航局的MAVEN首次观测到火星大气溅射

科学家们很早就通过大量的证据知道，数十亿年前火星表面存在水，但他们仍在问一个关键问题：“水去了哪里，为什么？”经过十年的探索，美国宇航局的火星大气挥发物演化 (MAVEN) 任务首次报告直接观察到一种难以捉摸的大气逃逸过程，称为溅射，这可能有助于解答有关火星水分流失历史的长期问题。

在火星早期的历史中，这颗红色星球的大气层失去了磁场，直接暴露在太阳风和太阳风暴的侵袭之下。随着大气层开始侵蚀，液态水在火星表面不再稳定，大量水逃逸到太空中。但是，这颗曾经浓厚的大气层是如何被剥离的呢？溅射可以解释这一点。

溅射是一种大气逃逸过程，其中原子被高能带电粒子撞击出大气。

“这就像在游泳池里发射炮弹，”科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室的MAVEN首席研究员、该研究的主要作者香农·库里说道。“在这种情况下，炮弹就是重离子以极快的速度撞击大气层，并溅射出中性原子和分子。”

虽然科学家此前曾发现过这一过程发生的痕迹，但他们从未直接观察过这一过程。先前的证据来自于对火星高层大气中氩的较轻和较重同位素的观察。较轻的同位素在火星大气中的位置比较重的同位素更高，并且研究发现，火星大气中较轻的同位素数量远少于较重的氩同位素。这些较轻的同位素只能通过溅射去除。

“这就像我们发现了篝火的灰烬，”库里说。“但我们想直接看到真正的火焰，也就是火焰喷涌的样子。”

为了观测溅射过程，研究小组需要在正确的时间、正确的地点，同时利用MAVEN航天器上的三台仪器进行测量：太阳风离子分析仪、磁力仪以及中性气体和离子质谱仪。此外，研究小组还需要在低海拔地区对火星昼夜两面进行测量，这需要数年时间才能完成观测。

这些仪器的数据组合使科学家们能够绘制出一种新的溅射氩与太阳风关系图。这张图揭示了高能粒子撞击大气层并溅射氩的确切位置的高空氩气存在情况，并实时显示了溅射过程。研究人员还发现，这一过程发生的频率是之前预测的四倍，并且在太阳风暴期间会加快。

对溅射的直接观察证实，在太阳活动较强的早期火星历史上，这一过程是大气损失的主要来源。

库里说：“这些结果确定了溅射在火星大气消失和确定火星水历史中的作用。”

这一发现于本周发表在《科学进展》杂志上，对于科学家了解火星表面存在液态水的条件以及液态水对数十亿年前火星宜居性的影响至关重要。

MAVEN任务是美国宇航局（NASA）火星探索计划的一部分。MAVEN 的首席研究员位于科罗拉多大学博尔德分校的大气与空间物理实验室（LASP），该实验室还负责管理科学运行以及公众宣传和沟通。 位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心负责管理MAVEN任务。洛克希德·马丁航天公司建造了该航天器并负责任务运行。位于南加州的NASA喷气推进实验室提供导航和深空网络支持。