火星大氣層變薄的啟示
火星大氣層變薄的啟示
陳營華
2016年7月
美國太空總署在2013年11月開展「火星大氣與揮發物演化任務」（簡稱MAVEN），目的是探究火星大氣層氣體及水分流失於外太空的情況。執行MAVEN任務的飛行器在2014年9月進入火星軌道後，發現火星大氣層受太陽風的侵蝕而變薄，相關的數據顯示太陽風以每秒約100克的速度剝掉火星大氣層的氣體[1]，這大氣侵蝕現象在太陽風暴影響期間更會顯著增強（圖一）。
圖一 畫家勾畫太陽風暴吹襲火星並剝掉其大氣上層的氣體（來源：NASA's Scientific Visualization Studio and the MAVEN Science Team）
人類多年來一直推測火星有沒有機會孕育生命。火星南北兩極存在可能含有水分的冰冠，地面上亦有看似是經河流侵蝕而形成的山谷。火星早期的氣候可能會較溫暖和潮濕，擁有形成生命的重要條件，相比現時火星寒冷及乾燥的氣候，有很大差別。MAVEN計劃顯示火星缺少了全球磁場，其大氣層因此受到太陽風的侵襲，促使氣體流失。火星地面氣壓少於10百帕斯卡[2]，[3]，約是地球海平面壓力的百分之一。由於火星大氣層變得稀薄，地面水分亦隨之而流失。
雖然我們身處的地球受全球磁場保護而免受太陽風的威脅，但有研究顯示，地球的磁場會出現逆轉，即磁北和磁南的位置對調。這「地磁逆轉」現象在1960年代被科學家發現，他們在研究海洋地殼的地磁變化中，留意到正常磁極和逆轉磁極的磁條間隔地分布在海洋地殼中洋脊的兩側[4]，而且是以對稱形式排列[5]（圖二）。當海床擴張時，火山活動在中洋脊頂端附近噴發新火山岩，之後在脊的兩邊逐漸移離頂端，新火山岩受當時地球的磁極方向而磁化，磁條帶有正反方向的磁極反映地球磁場隨時間出現變化。
圖二 正常磁極和逆轉磁極的磁條間隔地分布在海洋地殼中洋脊的兩側，中洋脊頂端的磁極屬正常，遠離脊軸出現對稱但磁極呈正反方向的磁條
根據古地磁研究，有些科學家估計地磁逆轉的速度很慢，整個過程需時約一千年至一萬年，但亦有部分科學家認為這過程可能比此短得多[6]。此外，有說法表示在地磁逆轉過程中，地球磁場會大幅變弱，因而讓太陽風侵蝕大氣層，出現了類似火星的情況。太陽風令高能量粒子吹襲地球，可能影響全球氣候及傷害地球生物，然而至今仍未有確實證據顯示過去地磁逆轉的發生與生物滅絕有直接的關係。究竟為什麼會出現地磁逆轉? 它對生物圈又有何影響? 這些具挑戰性的問題，仍有待科學家作更深入的研究。
參考資料：
[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•摩爾, 2004:《火星的故事》，北京理工大學出版社。
[4] Douglas Palmer, 2013: 《地球的歷史：舉世矚目的100個重大發現》，人民郵電出版社。
[5] "Magnetic Evidence for Seafloor Spreading",The CK-12 Foundation
[6] "地磁逆轉", 維基百科。
[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•摩爾, 2004:《火星的故事》，北京理工大學出版社。
[4] Douglas Palmer, 2013: 《地球的歷史：舉世矚目的100個重大發現》，人民郵電出版社。
[5] "Magnetic Evidence for Seafloor Spreading",The CK-12 Foundation
[6] "地磁逆轉", 維基百科。