據(jù)外媒報(bào)道， 對(duì)火星大氣中臭氧和水蒸氣的長(zhǎng)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(guò)利用SPICAM(全稱(chēng)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(lái)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(lái)自太陽(yáng)的紫外線輻射分解而產(chǎn)生的。反過(guò)來(lái)，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(wú)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(wú)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(lái)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(jiàn)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(shuō)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(zhuān)門(mén)用來(lái)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(shuō)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?，F(xiàn)在通過(guò)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(lái)。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(shuō)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(kāi)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(chēng)Atmospheric Chemistry Suite)和NOMAD(全稱(chēng)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(kāi)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(zhǎng)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(lái)自LATMOS的Franck Montmessin表示：“也許把這些年來(lái)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