新发现的火星极光实际上是最常见的，揭示了火星气候的变化

美国国家航空航天局(NASA)的MAVEN探测器于2016年首次在火星上发现了一种极光，根据最新的探测结果，这种极光实际上是火星上最常见的极光，被称为质子极光，可以帮助科学家跟踪火星大气中的水分流失。

在地球上，极光通常被认为是极地附近夜空中五颜六色的光，它们也被称为北极光和南极光。然而，火星上的质子极光发生在白天，并发出紫外线，所以它对人类肉眼是看不见的，但可以被MAVEN(火星大气和挥发性演化)飞船上的成像紫外光谱仪(IUVS)仪器检测到。

MAVEN的任务是调查这颗红色星球是如何失去大量的大气和水的，将它的气候从一个可能有生命存在的地方转变成一个寒冷、干燥、不适宜居住的地方。由于质子极光是由来自火星水的氢间接产生的，而火星水正处于向太空流失的过程中。

“在这项利用MAVEN/IUVS多年火星数据的新研究中，研究小组发现，大气逃逸增加的时期与质子极光出现和强度的增加相对应，”佛罗里达代托纳比基的Embry-Riddle航空大学的Andrea Hughes说。休斯是12月12日发表在《地球物理研究》杂志上的一篇论文的第一作者。也许有一天，当行星际旅行变得司空见惯时，在南半球的夏天到达火星的旅行者将会坐在前排，观看火星质子极光(当然，要戴上防紫外线的护目镜)在地球的白天庄严地舞动。这些旅行者将亲眼见证火星最后阶段的情况，火星上的水将全部流失到太空。”休斯将于12月12日在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。然而,所有在地球和火星极光是由太阳活动,无论是爆炸的高速粒子称为太阳风暴,火山喷发的气体和磁场称为日冕物质抛射,或阵风在太阳风,一连串的导电气体吹不断进入太空在每小时一百万英里。例如，当强烈的太阳活动扰乱地球的磁气圈时，地球上的南北光就会发生，导致高速电子撞击地球夜晚上层大气中的气体粒子并使它们发光。类似的过程产生了火星上离散的和弥散的极光——这两种类型的极光以前在火星的夜晚被观测到。

当太阳风质子(被高温剥夺了孤电子的氢原子)与火星白天的上层大气相互作用时，就形成了质子极光。当它们接近火星时，来自太阳风的质子通过从位于火星氢冕外层边缘的氢原子那里窃取电子而转变成中性原子。当这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出来。

当MAVEN团队第一次观察到质子极光时，他们认为这是一个相对不寻常的现象。“一开始，我们认为这些事件相当罕见，因为我们没有找到正确的时间和地点，”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、该研究的第二作者迈克·查芬(Mike Chaffin)说。“但仔细观察后，我们发现质子极光在南方夏季观测中出现的频率远远高于我们最初的预期。”研究小组发现，质子极光只占白天观测的14%，而当只考虑夏季白天观测时，这一比例上升到80%以上。“相比之下，IUVS在火星轨道上探测到的弥漫性极光只占有利几何形状的一小部分，而在数据集中，离散的极光探测就更少见了，”LASP的IUVS团队负责人、合作者尼克·施奈德(Nick Schneider)说。

与南方夏季的相关性提供了一个线索，解释为什么质子极光如此普遍，以及它们如何被用来跟踪水分流失。在火星南部的夏季，这颗行星在其轨道上离太阳最近的距离也很近，可能会发生巨大的沙尘暴。夏季变暖和尘埃活动似乎会迫使大气中的水蒸气升高，从而导致质子极光。太阳紫外线把水分解成氢和氧。轻氢受火星引力的束缚较弱，增强了火星周围的氢冕，增加了氢对太空的损失。日冕中更多的氢使得与太阳风质子的相互作用更加普遍，使得质子极光更加频繁和明亮。

休斯说:“创造火星质子极光所需的所有条件(例如太阳风质子、扩展的氢大气和缺乏全球偶极磁场)在火星上比创造其他类型极光所需的条件更普遍。””同时,MAVEN的观察之间的连接增加大气逃逸和增加质子极光频率和强度意味着质子极光可以被用作代表氢电晕火星周围发生了什么,因此,代表的时候增加大气逃逸和水损失。”

这项研究是由MAVEN任务资助的。MAVEN的首席研究员在位于科罗拉多州博尔德的科罗拉多大学大气和空间物理实验室工作，NASA戈达德负责MAVEN项目。美国国家航空和宇宙航行局正在探索我们的太阳系和太阳系以外的地方，利用我们强大的太空舰队和地面任务，探索世界、恒星和远近的宇宙奥秘。

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