NASA新双胞胎卫星任务：揭示火星大气层消失之谜

火星即将迎来双重关注。本周末，一对相同的NASA卫星将一起发射，以帮助揭示红色行星是如何失去其厚厚的气氛和液态水的——这是它最古老的谜团之一，也是理解它如何从一个曾经适宜居住的世界转变为如今的冰冻沙漠的关键。

计划于周日（11月9日）发射，由蓝色起源的新格伦火箭从佛罗里达州的卡纳维拉尔角发射，这项耗资8000万美元的ESCAPADE任务——即逃逸与等离子体加速与动力学探测器——将发送两颗双胞胎探测器，分别被称为‘蓝色’和‘金色’，双双进入火星轨道。该任务标志着NASA首次向其他行星发射双卫星任务，旨在创建一个三维视图，展示太阳风——来自太阳的带电粒子流——如何激发并剥离火星的大气层。

“理解太阳风如何驱动不同类型的大气逃逸，是火星气候演变拼图中的关键，”罗伯特·利利斯，ESCAPADE的首席研究员以及加州大学伯克利分校空间科学实验室的行星科学副主任，在11月5日发布的声明中表示。“ESCAPADE为我们提供了一个可以称之为立体视角的视角——同时从两个不同的视角观察。”

来自古老河谷和水形成矿物的地质证据表明，火星曾经有液态水，这意味着它也有一个更厚的大气。但大约在40亿年前，行星的磁场——这个无形的屏障保护着行星免受太阳辐射——开始减弱。没有了这种保护，太阳风慢慢地剥离了火星的大气，留下了密度不到地球1%的稀薄大气。

之前的探测任务，包括NASA的火星全球探测器、MAVEN和阿联酋火星任务希望号探测器，已经表明火星没有全球磁场，但在其地壳中保留了一些零星的磁性“气泡”。因为每次只有一艘航天器在轨道上，研究人员只能一次观察一个区域，通常相隔几个小时。

利利斯在声明中表示：“通过ESCAPADE卫星，我们可以监测这些区域在短至两分钟和长达30分钟的时间尺度上如何变化。这样我们就能进行我们从未进行过的测量，并以之前无法描述的方式来表征一个非常动态的系统。”

在2027年9月到达火星后，这对机器人卫星将花费大约七个月的时间来微调它们的轨道，然后像“串在一起的珍珠”一样飞行，距离表面仅100英里（160公里）。如果一切顺利，在六个月的联合观测后，它们将分开到不同的轨道，再花五个月的时间制作火星与太阳风之间能量和物质流动的三维地图，这个过程控制着大气的流失。

在大约11个月的科学任务中，ESCAPADE将探索三个关键问题，包括火星的磁气泡是如何被塑造的，太阳能量如何与其相互作用，以及这对粒子在行星大气中的流动有何影响。

为了实现这一目标，每个探测器的大小大约与复印机相当，携带着一套相同的仪器设备，协同工作。由加州大学伯克利分校制造的静电分析仪将探测从火星逃逸的带电粒子；通过测量它们的方向和能量，科学家可以确定这些粒子是向行星回落还是被太阳风吹走，声明中指出。

来自NASA的 戈达德太空中心 的磁力计将跟踪磁场的强度和方向，而来自艾姆布里-瑞德尔航空大学的等离子体传感器将探测等离子体的特性。与此同时，来自北亚利桑那大学的学生们自制的相机将捕捉火星的图像，甚至可能捕捉到其 神秘的绿色极光现象。

ESCAPADE还在测试一条通往火星的新巧妙路线。航天器将首先朝着一个 拉格朗日点 前进，这是地球和太阳之间的一个引力“平衡点”，大约一年后再弹弓飞向火星，预计将在2026年到达。科学家们表示，这条更长但更灵活的路线可能会让未来的任务不那么依赖于每两年一次的狭窄火星发射窗口。

了解太阳辐射如何与火星的上层大气，即电离层相互作用，也将有助于未来的探索者。在火星上，电波可以从电离层反射，传到地平线之外，因此，了解这一层的行为对通信和导航至关重要。这项任务的结果甚至可能暗示 液态水是否仍然在地下存在，这一可能性得到了NASA的InSight着陆器最新地震数据分析的支持——这是未来人类探索的关键问题。

“在火星上建立人类定居点肯定会很有挑战性，”利利斯在同一声明中说。“不过，你知道，人类是很顽强的，对吧？”