新发现的火星极光实际上是最常见的。揭示火星不断变化的气候
NASA探索者2019-12-20 17:05
根据任务的新结果，NASA的MAVEN航天器于2016年首次发现一种火星极光，实际上是红色星球上最常见的极光形式。极光被称为质子极光，可以帮助科学家追踪火星大气中的水分流失。
在地球上，极光通常被看作是极地附近夜空中五颜六色的灯光显示，在这里它们也被称为北极光和北极光。但是，火星上的质子极光会在白天发生并发出紫外光，因此它对人眼是不可见的，但可通过MAVEN（火星大气和挥发性挥发）航天器上的成像紫外光谱仪（IUVS）仪器检测到。
描绘火星早期环境（右）的概念性图像（据信其中包含液态水和较厚的大气层），与今天的火星所见的寒冷干燥的环境（左）相比。
鸣谢：NASA的戈达德太空飞行中心
MAVEN的任务是调查红色星球如何丧失其大部分大气和水，将其气候从可能维持生命的气候转变为寒冷，干燥和荒凉的气候。由于质子极光是由火星水中正在流失的氢间接产生的，因此该极光可用于帮助追踪火星水的持续流失。
“在这项使用多个火星年的MAVEN / IUVS数据的新研究中，研究小组发现，大气逃逸增加的时期与质子极光的发生和强度的增加相对应，”佛罗里达州代托纳比奇的安伯里-里德尔航空大学的安德烈·休斯说。休斯是该研究论文的主要作者，该论文发表于12月12日的《地球物理研究》，《空间物理学》上。“也许有一天，当行星际旅行变得司空见惯时，在南方夏季到达火星的旅行者将拥有前排座位，以观察火星质子极光在整个地球的白天庄严地跳舞（当然，戴着紫外线敏感的护目镜）。休斯将在12月12日于旧金山举行的美国地球物理联盟会议上介绍这项研究。
不同的现象会产生不同种类的极光。但是，地球和火星上的所有极光都由太阳活动提供动力，无论是被称为太阳风暴的高速粒子爆炸，被冠冕物质抛射的气体和磁场爆发，还是太阳风，导电气体以每小时约一百万英里的速度连续吹入太空。例如，当强烈的太阳活动扰乱了地球的磁层时，地球上的北极光和南方光就会发生，从而导致高速电子猛烈撞击地球夜空中的气体粒子并使其发光。类似的过程会产生火星的离散极光和弥散极光-先前在火星的夜间观测到的两种极光。
该动画显示了火星上的质子极光。首先，太阳风质子高速接近火星并在行星周围遇到氢云。质子从火星的氢原子中窃取电子，从而成为中性原子。由于中性粒子不受磁场影响，因此原子穿过了围绕火星的磁性障碍物弓箭。最终，氢原子进入火星大气层并与气体分子发生碰撞，从而使该原子发出紫外线。
鸣谢：NASA / MAVEN / Goddard Space Flight Center / Dan Gallagher
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当太阳风中的质子（氢原子被强热剥夺了其单独的电子）与火星白天的高层大气相互作用时，就会形成质子极光。当它们接近火星时，与太阳风一起进入的质子通过从火星氢日冕的外缘窃取氢原子中的氢电子而转化为中性原子，火星氢日冕是围绕着行星的巨大氢云。当那些高速进入的原子撞击大气时，它们的一些能量以紫外线的形式发射。
火星质子极光的图像。MAVEN的成像紫外光谱仪观察火星的大气，同时制作中性氢和质子极光的图像（左）。在正常条件下的观测表明，从夜盘（中）的有利位置，盘上和行星的扩展大气中都存在氢。质子极光可见为四肢和椎间盘的明显增亮（右）；减去中性氢的贡献后，就揭示了质子极光的分布，表明当高能中性分子猛烈撞击大气时，它在火星盘附近的亮度达到峰值。
学分：美国科罗拉多州的Embry-Riddle航空大学/ LASP
当MAVEN小组首次观察到质子极光时，他们认为这是相对罕见的事件。科罗拉多大学博尔德大气与空间物理实验室（LASP）的研究科学家，第二作者，作者迈克·查芬（Mike Chaffin）说：“起初，我们认为这些事件相当罕见，因为我们没有寻找正确的时间和地点。”研究。“但是仔细观察后，我们发现在南部夏季白天的观测中质子极光的发生率比我们最初预期的要高得多。”研究小组在白天观测到的质子极光中约有14％，增加到80％以上仅考虑南部夏季白天观测的时间。“相比之下，IUVS在火星上百分之几具有良好几何形状的轨道上检测到了扩散极光，
与南部夏季的相关性提供了一个线索，说明为什么质子极光如此普遍以及如何将其用于追踪水的流失。在火星南部的夏季，该行星在其轨道上也距离太阳最近，因此可能会发生巨大的沙尘暴。夏季变暖和尘埃活动似乎通过迫使大气中的水蒸气升高而引起质子极光。太阳极紫外光将水分解成氢和氧气。轻氢被火星的引力弱束缚，增强了火星周围的氢电晕，增加了氢向太空的损失。日冕中更多的氢使与太阳风质子的相互作用更加普遍，从而使质子极光更加频繁和明亮。
“在火星上，创造火星质子极光所需的所有条件（例如，太阳风质子，扩展的氢气氛以及缺乏全球偶极磁场）比创造其他类型的极光所需的条件更为普遍。”休斯。“此外，MAVEN观察到的增加的大气逸出量与质子极光频率和强度的增加之间的联系意味着质子极光实际上可以用作火星周围氢电晕中所发生事件的替代物，因此，是替代时间增加的替代物大气逸散和水分流失。”
这项研究是由MAVEN任务资助的。MAVEN的主要研究人员位于科罗拉多大学位于科罗拉多州博尔德的科罗拉多大学大气与空间物理实验室，而NASA Goddard管理者MAVEN项目。美国国家航空航天局（NASA）正在探索我们的太阳系以及更远的地方，借助我们强大的太空和地面任务团队，探索远近的世界，恒星和宇宙之谜。
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