在火卫一的表面采集样本能否揭开出火星过去的秘密?

柏克莱加州大学（University of California， Berkeley）太空科学实验室博士后研究员昆汀·内农（Quentin Nénon）团队一项新的研究显示，火星卫星火卫一（Phobos）环绕着流过火星大气的带电原子和分子流旋转。由于行星正在释放大气层，其中许多氧，碳，氮和氩的带电粒子或离子已经逃离了火星数十亿年。 科学家预测，一些离子已经粉碎进入火卫一的表面，并可能保留在它的最上层。

研究人员说，这意味着，如果在地球上的实验室中对火卫一的土壤进行分析，则可以揭开有关火星大气演化的关键信息。 火星曾经有一种足以将液态水支撑在其表面的大气层。 如今它的密度不到地球的百分之一。昆汀·内农说：「我们知道火星失去进入太空的大气，现在我们知道其中的一些最终进入了火卫一。 」

火卫一是火星的两个卫星之一（另一个叫做火卫二，Deimos）。 它绕着红色行星近距离旋转，火卫一距离火星表面只月球到地球表面的六十分之一。 火卫一有陨石坑，这些陨石坑直径只是月球上陨石坑的百分之一，火卫一是科学家争论的焦点。 谜团是火卫一和火卫二来自哪里？ 它们是火星重力捕获的小行星，还是由形成行星的同一朵云产生的火星天然卫星？ 它们也可能是由火星与某物碰撞时喷出的碎片形成的，类似于地球与岩石物体碰撞后我们的月球形成的样子。

为了帮助解决这场辩论，日本宇宙航空研究开发机构准备在2024年将火星卫星探测（Martian Moons eXploration，简称 MMX）卫星发送到火卫一，以从它的表面收集第一批样本并将其运送到地球。 内农指出，如果火星卫星探测卫星降落在火卫一的近火星侧面或永远面对火星的那一侧，那么这些样本可能比单独揭露火卫一起源藏有更多的数据。

火卫一在潮汐中锁定在火星上，就像月球被潮汐锁定在地球上一样，因此总是向地球展示其中一面。 结果火卫一近火星的一侧的岩石，已经在火星原子和分子中沐浴了数千年。 内农的研究显示，火卫一近侧的最上层表面受到的火星离子比它背面多二十至一百倍。

内农说：「有了近端的样本，我们可以在浅层地壳中看到火星过去大气的历史，而在深层中可以看到火卫一的原始组成。 」内农的团队分析了来自美国太空总署火星大气与挥发物演化任务（Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN，简称 MAVEN）卫星的数据，得出这个结论。

为了帮助科学家弄清楚火星如何失去大气层，并提供有关行星气候变化的其他重要科学见解，火星大气与挥发物演化任务卫星六年来一直在收集来自火星轨道的数据。 由于火星大气与挥发物演化任务卫星在执行飞行任务，每日环绕火星飞行时会穿过火卫一轨道五次，因此研究团队认为可以使用火星大气与挥发物演化任务卫星测量来了解有关火卫一的资料，特别是因为它是即将进行的火星卫星探测任务目标。

他们依靠火星大气与挥发物演化任务卫星的超热和热离子成分仪测量火卫一轨道上的火星离子。 超热和热离子成分仪测量进入粒子的动能和速度。 这使科学家能够计算其质量。 根据测得的不同离子质量，超热和热离子成分仪确定那些粒子来自火星而不是来自太阳。 太阳也发出破坏大气的离子，尽管主要是质量低得多的离子。 然后科学家估计有多少离子可以使其进入火卫一的表面，以及它们能够进入的深度（不超过几百纳米，是人类头轻松无聊度的二百五十分之一左右）。

太空科学实验室和太空实验室副研究员安德鲁·波普（Andrew Poppe）表示，昆汀所做的是我们曾经在月球和太阳系其它行星的卫星上进行的探索，首次将相同的方法应用于火卫一。 因为研究卫星可以了解有关它的母行星更多资料是常见的做法。 例如：科学家认为月球没有大气，风或水可以侵蚀它表面的古老线索，是拥有的保存最完好的早期太阳系档案。

波普说：「我们在太阳神登月采集样本中看到，月球一直在耐心地记录来自太阳和地球的单个原子，这是一个非常有用的历史记录。 」

科学家希望从月球表面获得更多样本，可以使我们了解地球的古代大气或早期磁场。 研究团队设计并制造超热和热离子成分仪，波普想知道当火星还是温暖潮湿时，火卫一的表面是否能够揭露有关火星早期的情况。

【图、文：节译自美国国家航空航天局网页】研究全文刊登在2021年2月1日出版的《自然-地球科学》期刊

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