美国宇航局MAVEN航天器成功进入火星轨道，深入探索大气流失及响应机制

十年前，即 2014 年 9 月 21 日，美国宇航局的 MAVEN（火星大气和挥发物演化）航天器进入火星轨道，开始对这颗红色星球的上层大气进行持续探索。该任务产生了大量数据，表明火星大气如何响应太阳和太阳风，以及这些相互作用如何解释火星大气向太空流失。

今天，MAVEN 继续对这颗红色星球做出令人兴奋的新发现，这加深了我们对大气演变如何影响火星气候以及火星表面先前存在的液态水的理解，这可能决定了火星先前的宜居性。

MAVEN 首席研究员、科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室研究员 Shannon Curry 表示：“对于 MAVEN 团队来说，这是一个激动人心的时刻，因为我们庆祝火星科学研究 10 周年，并见证了这项任务对该领域产生的巨大影响。”“我们也期待 MAVEN 未来将带来的发现。”

为了庆祝这一任务里程碑，我们回顾了这次独特而持久的火星高空飞行任务的一些最重要的科学成果。

1. 极端大气侵蚀
   MAVEN 的首批重大成果之一是发现太阳风暴期间火星大气的侵蚀显著增加。该团队研究了太阳风（从太阳不断流出的带电粒子流）和太阳风暴如何不断剥离火星大气，以及这一过程如何在改变火星气候方面发挥关键作用，使火星从一个潜在宜居星球变成如今寒冷干旱的星球。
2. 溅射到太空
   为了更好地了解火星大气是如何流失的，MAVEN 测量了火星上层大气中氩气的同位素。氩气是一种稀有气体，这意味着它很少与火星大气中的其他成分发生反应。唯一可以去除它的方式是通过大气溅射——离子以足够高的速度撞击火星大气，从而将气体分子从大气中撞出。当 MAVEN 团队分析上层大气中的氩同位素时，他们能够估计出，大约 65% 的氩气在火星历史上因溅射而流失。
3. 一种新型极光
   MAVEN 发现了几种类型的极光，当高能粒子坠入大气层，轰击气体并使其发光时，就会爆发。MAVEN 团队表明，在火星上，质子而不是电子会形成极光。在地球上，质子极光只发生在极地附近的极小区域，而在火星上，它们可以发生在任何地方。
4. 火星沙尘暴
   2018 年，一系列失控的沙尘暴形成了巨大的尘埃云，笼罩了整个火星。MAVEN 团队研究了这场“全球性”沙尘暴如何影响火星上层大气，以了解这些事件如何影响水向太空的逃逸。研究证实，沙尘暴产生的热量可以使水分子比平常高得多地升入大气层，导致水突然大量流失到太空。
5. 火星风图
   MAVEN 研究人员绘制了第一张火星高层大气风环流图。这张新地图有助于科学家更好地了解火星气候，包括火星表面的地形如何干扰高空风流。研究结果让我们了解到火星高层大气的动态如何影响这颗红色星球过去和现在的气候演变。
6. 扭曲的尾巴
   火星有一条看不见的磁“尾巴”，它与太阳风相互作用时会扭曲。尽管模型预测磁重联会导致火星磁尾扭曲，但直到 MAVEN 到达火星后，科学家才证实这些预测是正确的。形成扭曲尾巴的过程也可能使火星本已稀薄的部分大气层逃逸到太空。
7. 绘制电流图
   研究人员利用 MAVEN 数据绘制了火星大气中的电流系统图。当太阳风离子和电子撞击火星的感应磁场时，粒子会分离，从而形成电流。由此产生的电流环绕着火星，在火星大气流失过程中发挥了重要作用，导致火星从一个原本可以维持生命的星球变成了一片荒凉的沙漠。
8. 消失的太阳风
   MAVEN 最近观测到太阳风的意外“消失”。这是由一种非常强大的太阳事件引起的，它在穿越太阳系时在其尾流中形成了一个空洞。MAVEN 的测量结果显示，当它到达火星时，太阳风密度显著下降。太阳风的消失使火星大气层和磁层膨胀了数千公里。
9. 红色星球的紫外线视图
   MAVEN 在两张紫外线图像中捕捉到了火星的壮丽景色，这些图像是在红色星球绕太阳轨道的不同位置拍摄的。通过用紫外线波长观察火星，科学家可以深入了解火星大气层并以非凡的方式观察火星表面特征。
10. 火星对太阳风暴的反应
    2024 年 5 月，一系列太阳事件引发了高能粒子洪流，这些粒子迅速传播到火星。NASA 的许多火星任务（包括 MAVEN）都观测到了这一天体事件，并拍摄到了火星上空发光极光的图像。

MAVEN 的首席研究员位于科罗拉多大学博尔德分校的大气和空间物理实验室 (LASP)。LASP 还负责管理科学运营和公共宣传与沟通。 位于马里兰州格林贝尔特的 NASA 戈达德太空飞行中心负责管理 MAVEN 任务。洛克希德·马丁航天公司建造了该航天器并负责任务运营。位于南加州的 NASA 喷气推进实验室提供导航和深空网络支持。