火星大气层变薄的启示
火星大气层变薄的启示
陈营华
2016年7月
美国太空总署在2013年11月开展「火星大气与挥发物演化任务」（简称MAVEN），目的是探究火星大气层气体及水分流失于外太空的情况。执行MAVEN任务的飞行器在2014年9月进入火星轨道后，发现火星大气层受太阳风的侵蚀而变薄，相关的数据显示太阳风以每秒约100克的速度剥掉火星大气层的气体[1]，这大气侵蚀现象在太阳风暴影响期间更会显著增强（图一）。
图一 画家勾画太阳风暴吹袭火星并剥掉其大气上层的气体（来源：NASA's Scientific Visualization Studio and the MAVEN Science Team）
人类多年来一直推测火星有没有机会孕育生命。火星南北两极存在可能含有水分的冰冠，地面上亦有看似是经河流侵蚀而形成的山谷。火星早期的气候可能会较温暖和潮湿，拥有形成生命的重要条件，相比现时火星寒冷及干燥的气候，有很大差别。MAVEN计划显示火星缺少了全球磁场，其大气层因此受到太阳风的侵袭，促使气体流失。火星地面气压少于10百帕斯卡[2]，[3]，约是地球海平面压力的百分之一。由于火星大气层变得稀薄，地面水分亦随之而流失。
虽然我们身处的地球受全球磁场保护而免受太阳风的威胁，但有研究显示，地球的磁场会出现逆转，即磁北和磁南的位置对调。这「地磁逆转」现象在1960年代被科学家发现，他们在研究海洋地壳的地磁变化中，留意到正常磁极和逆转磁极的磁条间隔地分布在海洋地壳中洋脊的两侧[4]，而且是以对称形式排列[5]（图二）。当海床扩张时，火山活动在中洋脊顶端附近喷发新火山岩，之后在脊的两边逐渐移离顶端，新火山岩受当时地球的磁极方向而磁化，磁条带有正反方向的磁极反映地球磁场随时间出现变化。
图二 正常磁极和逆转磁极的磁条间隔地分布在海洋地壳中洋脊的两侧，中洋脊顶端的磁极属正常，远离脊轴出现对称但磁极呈正反方向的磁条
根据古地磁研究，有些科学家估计地磁逆转的速度很慢，整个过程需时约一千年至一万年，但亦有部分科学家认为这过程可能比此短得多[6]。此外，有说法表示在地磁逆转过程中，地球磁场会大幅变弱，因而让太阳风侵蚀大气层，出现了类似火星的情况。太阳风令高能量粒子吹袭地球，可能影响全球气候及伤害地球生物，然而至今仍未有确实证据显示过去地磁逆转的发生与生物灭绝有直接的关系。究竟为什么会出现地磁逆转? 它对生物圈又有何影响? 这些具挑战性的问题，仍有待科学家作更深入的研究。
参考资料：
[1] NASA, 2015: NASA mission reveals speed of solar wind stripping Martian atmosphere, The National Aeronautics and Space Administration (NASA),[accessed 6 November 2015]
[2] NASA, Mars Fact Sheet, The National Aeronautics and Space Administration (NASA)
[3] 帕特里克•摩尔, 2004:《火星的故事》，北京理工大学出版社。
[4] Douglas Palmer, 2013: 《地球的历史：举世瞩目的100个重大发现》，人民邮电出版社。
[5] "Magnetic Evidence for Seafloor Spreading",The CK-12 Foundation
[6] "地磁逆转", 维基百科。
[1] NASA, 2015: NASA mission reveals speed of solar wind stripping Martian atmosphere, The National Aeronautics and Space Administration (NASA),[accessed 6 November 2015]
[2] NASA, Mars Fact Sheet, The National Aeronautics and Space Administration (NASA)
[3] 帕特里克•摩尔, 2004:《火星的故事》，北京理工大学出版社。
[4] Douglas Palmer, 2013: 《地球的历史：举世瞩目的100个重大发现》，人民邮电出版社。
[5] "Magnetic Evidence for Seafloor Spreading",The CK-12 Foundation
[6] "地磁逆转", 维基百科。