據(jù)外媒報道， 對火星大氣中臭氧和水蒸氣的長期研究可能有助于更好地了解地球的大氣化學。 一項對歐航局(ESA)Mars Express任務數(shù)據(jù)的新分析顯示，我們對這些大氣氣體相互作用的方式的了解還不完全。

通過利用SPICAM(全稱Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars)儀器在火星四年的觀測數(shù)據(jù)--相當于地球七年半的時間，來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)時發(fā)現(xiàn)了我們知識的空白。

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)分子被來自太陽的紫外線輻射分解而產(chǎn)生的。反過來，臭氧可以被一種叫做氫自由基(HOX)的分子分解，這種分子包含一個氫原子和一個或多個氧原子。當水蒸氣被紫外線分解時，氫自由基本身就產(chǎn)生了。

在火星上，由于二氧化碳無處不在，所以應該會有臭氧的全球特征--除非有特定區(qū)域含有水蒸氣。在這種情況下，水會分裂成氫自由基，氫自由基會在會跟臭氧分子反應并將其分離。

因此，無論SPICAM在哪里探測到水蒸氣，它都應該看到臭氧的減少。水蒸氣越多臭氧就越少。研究小組研究了這種反向關系--反相關關系。他們發(fā)現(xiàn)，他們可以用一個氣候模型來重現(xiàn)它的一般逆性質(zhì)，但不能得到精確的關系。相反，對于給定數(shù)量的水蒸氣，該模型只產(chǎn)生了SPICAM數(shù)據(jù)中所見臭氧的50%。

領導這項研究的Franck Lefèvre指出：“這表明，在計算機模擬中，臭氧破壞的效率被夸大了。”

然而目前對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重要的。Franck說道：“它不僅在火星的大氣化學中發(fā)揮著關鍵作用，而且在火星的全球組成中也發(fā)揮著重要作用。”

這項工作中使用的化學模型是Franck和他的同事們專門用來分析火星的。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)的化學成分和條件跟在火星大氣中的大致相似。

事實上，模型中發(fā)現(xiàn)的差異可能會對我們使用大氣模型模擬地球氣候的方式產(chǎn)生重要影響。這是因為地球的中間層包含部分臭氧層，而這將會跟在火星上發(fā)生的HOX相互作用一樣。

“HOX化學對地球臭氧層的全球平衡很重要，”Franck說道。

因此，了解火星大氣中正在發(fā)生的事情可以提高我們在地球上進行氣候模擬的精度。現(xiàn)在通過從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。那么會不會是云的作用?

當Franck和他的同事介紹了HOX被火星云層中的冰粒子吸收的計算方法時，他們發(fā)現(xiàn)在他們的模型中有更多的臭氧存活了下來。這是因為HOX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果。

“并不是在所有情況下都有效，”Franck說道。因此，該團隊還在尋找其他區(qū)域。

一個需要進一步研究的特殊領域是在火星大氣層和地球中間層的低溫下測量反應速率。目前，由于這些還不為人所知，所以也可能會使模型產(chǎn)生偏差。

眼下，目前的工作以定量的方式強調(diào)了我們知識的差距，該團隊將使用在火星上運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月開始環(huán)繞火星運行，現(xiàn)在則有了新的結果。它攜帶了兩種儀器：ACS(全稱Atmospheric Chemistry Suite)和NOMAD(全稱Nadir and Occultation for MArs Discovery)，它們用于分析火星的大氣。NASA的Maven任務還攜帶了監(jiān)測臭氧豐度的紫外線設備。所以，最終解開這個謎團的關鍵信息隨時都可能出現(xiàn)。

Mars Express對火星大氣參數(shù)及其變化的長期監(jiān)測提供了一個獨特的數(shù)據(jù)集，它可將火星大氣作為一個復雜的動態(tài)系統(tǒng)進行研究。

SPICAM儀器首席研究員、同樣來自LATMOS的Franck Montmessin表示：“也許把這些年來的時間加在一起，最終將掌握HOX如何真正控制火星大氣的關鍵，而這將有助于我們對行星大氣的總體理解。”

關鍵詞： 分析 大氣氣體 相互作用 水蒸氣