據(jù)外媒報(bào)道， 對(duì)火星大氣中臭氧和水蒸氣的長期研究可能有助于更好地了解地球的大氣化學(xué)。 一項(xiàng)對(duì)歐航局(ESA)Mars Express任務(wù)數(shù)據(jù)的新分析顯示，我們對(duì)這些大氣氣體相互作用的方式的了解還不完全。

通過利用SPICAM(全稱Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars)儀器在火星四年的觀測(cè)數(shù)據(jù)--相當(dāng)于地球七年半的時(shí)間，來自歐洲和俄羅斯的一組研究人員在試圖使用火星全球氣候模型重現(xiàn)他們的數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)了我們知識(shí)的空白。

臭氧和水蒸氣不是很好的大氣伴侶。臭氧(O3)是由組成火星大氣95%的二氧化碳(CO2)分子被來自太陽的紫外線輻射分解而產(chǎn)生的。反過來，臭氧可以被一種叫做氫自由基(HOX)的分子分解，這種分子包含一個(gè)氫原子和一個(gè)或多個(gè)氧原子。當(dāng)水蒸氣被紫外線分解時(shí)，氫自由基本身就產(chǎn)生了。

在火星上，由于二氧化碳無處不在，所以應(yīng)該會(huì)有臭氧的全球特征--除非有特定區(qū)域含有水蒸氣。在這種情況下，水會(huì)分裂成氫自由基，氫自由基會(huì)在會(huì)跟臭氧分子反應(yīng)并將其分離。

因此，無論SPICAM在哪里探測(cè)到水蒸氣，它都應(yīng)該看到臭氧的減少。水蒸氣越多臭氧就越少。研究小組研究了這種反向關(guān)系--反相關(guān)關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)，他們可以用一個(gè)氣候模型來重現(xiàn)它的一般逆性質(zhì)，但不能得到精確的關(guān)系。相反，對(duì)于給定數(shù)量的水蒸氣，該模型只產(chǎn)生了SPICAM數(shù)據(jù)中所見臭氧的50%。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Franck Lefèvre指出：“這表明，在計(jì)算機(jī)模擬中，臭氧破壞的效率被夸大了。”

然而目前對(duì)于被這種高估的原因還不清楚。了解氫自由基在火星上的行為是至關(guān)重要的。Franck說道：“它不僅在火星的大氣化學(xué)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，而且在火星的全球組成中也發(fā)揮著重要作用。”

這項(xiàng)工作中使用的化學(xué)模型是Franck和他的同事們專門用來分析火星的。它是基于地球上層大氣的一部分模型--中間層。在約40-80公里的高度發(fā)現(xiàn)的化學(xué)成分和條件跟在火星大氣中的大致相似。

事實(shí)上，模型中發(fā)現(xiàn)的差異可能會(huì)對(duì)我們使用大氣模型模擬地球氣候的方式產(chǎn)生重要影響。這是因?yàn)榈厍虻闹虚g層包含部分臭氧層，而這將會(huì)跟在火星上發(fā)生的HOX相互作用一樣。

“HOX化學(xué)對(duì)地球臭氧層的全球平衡很重要，”Franck說道。

因此，了解火星大氣中正在發(fā)生的事情可以提高我們?cè)诘厍蛏线M(jìn)行氣候模擬的精度。現(xiàn)在通過從SPICAM獲得的數(shù)據(jù)而建立的模型清楚地表明，有一些我們不了解的東西。那么會(huì)不會(huì)是云的作用?

當(dāng)Franck和他的同事介紹了HOX被火星云層中的冰粒子吸收的計(jì)算方法時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)在他們的模型中有更多的臭氧存活了下來。這是因?yàn)镠OX分子在分解臭氧之前就被吸收了。但這只是部分解釋了他們的結(jié)果。

“并不是在所有情況下都有效，”Franck說道。因此，該團(tuán)隊(duì)還在尋找其他區(qū)域。

一個(gè)需要進(jìn)一步研究的特殊領(lǐng)域是在火星大氣層和地球中間層的低溫下測(cè)量反應(yīng)速率。目前，由于這些還不為人所知，所以也可能會(huì)使模型產(chǎn)生偏差。

眼下，目前的工作以定量的方式強(qiáng)調(diào)了我們知識(shí)的差距，該團(tuán)隊(duì)將使用在火星上運(yùn)行的其他紫外線儀器收集更多的數(shù)據(jù)并繼續(xù)他們的調(diào)查和更新模型。

基于Mars Express的非凡數(shù)據(jù)集，ESA的Trace Gas Orbiter從2016年10月開始環(huán)繞火星運(yùn)行，現(xiàn)在則有了新的結(jié)果。它攜帶了兩種儀器：ACS(全稱Atmospheric Chemistry Suite)和NOMAD(全稱Nadir and Occultation for MArs Discovery)，它們用于分析火星的大氣。NASA的Maven任務(wù)還攜帶了監(jiān)測(cè)臭氧豐度的紫外線設(shè)備。所以，最終解開這個(gè)謎團(tuán)的關(guān)鍵信息隨時(shí)都可能出現(xiàn)。

Mars Express對(duì)火星大氣參數(shù)及其變化的長期監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)獨(dú)特的數(shù)據(jù)集，它可將火星大氣作為一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

SPICAM儀器首席研究員、同樣來自LATMOS的Franck Montmessin表示：“也許把這些年來的時(shí)間加在一起，最終將掌握HOX如何真正控制火星大氣的關(guān)鍵，而這將有助于我們對(duì)行星大氣的總體理解。”

關(guān)鍵詞： 分析 大氣氣體 相互作用 水蒸氣