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在火星發現只在午夜出現的神秘磁脈沖

這張插圖繪制了安放在火星表面的洞察號登陸器。 登陸器磁力計所獲得的初步數據顯示,這顆紅色星球的磁場會在夜晚以無法解釋的方式搖擺。 ILLUSTRATION BY

這張插圖繪制了安放在火星表面的洞察號登陸器。 登陸器磁力計所獲得的初步數據顯示,這顆紅色星球的磁場會在夜晚以無法解釋的方式搖擺。 ILLUSTRATION BY NASA

(神秘的地球uux.cn報道)據美國國家地理(撰文:ROBIN GEORGE ANDREWS編譯:邱彥綸):在夜晚發生的磁脈沖是洞察號(InSight)登陸器的初步探測結果之一。 洞察號還發現了這顆紅色行星,可能在地底深處存在一個范圍擴及全火星的液態水儲存庫。

在火星的午夜時分,這顆紅色行星的磁場有時會以先前從未觀察到的方式開始脈動,目前我們還不知道背后原因。

美國航天總署(NASA)首度派往火星的自動火星物理(geophysicist)登陸器「洞察號」,帶來了許多驚人的初步發現,這還只是其中之一。 自2018年11月洞察號成功登陸火星后,就開始收集訊息,幫助科學家更加理解這顆我們鄰近行星的內部結構和演變,它的工作包含了測量上部地殼的溫度、記錄地震的聲音,以及測量火星磁場的強度和方向。

9月中,歐洲行星科學大會(European Planetary Science Congress)與美國天文學會(American Astronomical Society)舉辦了聯合會議,會議中的幾個報告透露, 初步數據顯示火星的磁場非常狂野。

除了奇怪的磁脈沖,登陸器的數據還顯示,火星地殼的磁場比科學家預計的強大得多。 而且,登陸器還在火星地底深處發現了一個非常特別的導電層,厚度約4公里。 這個導電層可能代表了一個范圍擴及全火星的液態水儲藏庫,不過現在要下結論還為時過早。

地球上的地下水是鎖在沙子、土壤和巖石中,藏于地下的隱藏海洋。 沒有參與此次研究的楊百翰大學(Brigham Young University)行星科學家珍妮. 拉德博(Jani Radebaugh)表示,如果火星也有類似的情況,「我們不應該感到驚訝」。 但如果這些測量結果得到證實,現今火星上如此大規模的液態水,也暗示火星過去或現在擁有生命存在的潛力。

到目前為止,這些數據還沒有經過同儕審查,這些初步發現的細節和解釋無疑會隨著時間而有所調整。 盡管如此,洞察號還是為我們帶來令人驚嘆的火星世界。 這個探測器或許會徹底改變我們對火星、甚至是整個銀河系中其他巖質星行星的理解。

「我們正在以前所未有的方式,深入洞察火星的磁場變化史。 」并未參與此項研究的北卡羅來納州立大學(North Carolina State University)行星地質學家保羅. 柏恩(Paul Byrne)表示。

兩顆行星的故事

地球因為有著不斷旋轉翻攪的富鐵液態外核,因此形成了全球性的磁場。 地殼中的特定礦物能夠記錄磁場的強度和方向,我們根據這種自然紀錄,得知地球磁場已經存在了好一段時間,而且在不同的地質年代有相當劇烈的變化。 1997年,火星全球探勘者號(Mars Global Surveyor)軌道器的數據讓科學家得知,火星地殼也同樣記錄下了火星磁場的變化史。

「火星也有一群和地球類似的磁性礦物。 」并未參與此項研究的加州大學柏克萊分校(University of California, Berkeley)的行星太空物理學家羅伯特. 利利斯(Robert Lillis)表示。

火星全球探勘者號在這顆紅色星球地表上方97至402公里處探測到磁場,而且和在地球從距離地表同樣高度處的偵測相比,火星地殼磁場是地球的十倍。 這表示在很久以前,火星也有全球性的大型磁場。

但與地球不同的是,火星的運氣不太好。 翻攪的外核似乎在約40億年前停止轉動,導致全球性磁場崩潰,只留下微弱的磁場屏障保護自己。 名為太陽風的太陽輻射,逐漸剝去火星的古老大氣層,把這顆可能維持生命又富含水分的行星,轉變為寒冷的沙漠。

為什么這兩顆行星的命運如此迥然不同? 為了找到原因,我們得對火星所殘留的磁場進行盡可能精確地測量,但從軌道上觀測這些剩余磁場強度所能得到的解析率很低。 這就像是從很遠的地方觀察一大群人:如果很多人穿紅襯衫,少數人穿藍襯衫,那么位在遙遠距離之外的相機主要會拍攝到數量占優的紅色;但如果讓同樣一臺相機靠近,那些極為重要的藍色就會變得更加明顯。

「測量磁場的情況也是如此,」并未參與此次研究的科羅拉多大學(University of Colorado)的大氣和太空物理研究員戴夫. 布萊恩(Dave Brain)表示,「靠得愈近,就愈能看清楚組成的狀況。 」

午夜謎團

洞察號的磁力計是首個放置在火星表面的磁力計,這讓科學家對火星地殼磁場有了到目前為止最深入的理解,不過測量結果有些讓人出乎意料:和過去根據軌道測量所預測的結果相比,洞察號附近的磁場強了約20倍。

相當熟悉洞察號數據的布萊恩表示,這種強大穩定的磁訊號來自洞察號所在位置附近的巖石,但目前還不清楚巖石是位于地下深處,或是更靠近地表。 布萊恩說,確定位置很重要,因為如果磁訊號來自地表附近較年輕的巖石,那代表強磁場持續圍繞著火星的時間,比我們目前所認為的還要更久。

更奇怪的是,洞察號還發現它所在位置附近的地殼磁場會不時擺動。 加州大學柏克萊分校的太空物理學家,同時也是洞察號科學團隊成員馬修. 菲林吉(Matthew Fillingim)解釋道,這種擺動就是磁脈沖。

這些磁脈沖是磁場在強度或方向上的波動,并不能算是不尋常。 地球和火星上,經常會因為上層大氣的擾動、太陽風的作用,以及行星磁泡的扭曲等因素,而出現這樣的現象。

奇怪的是,火星的磁脈沖是在火星當地的午夜時分發生,彷佛有個看不見的夜間定時器。

洞察號的登陸位置在火星赤道附近,但在地球上相同的地理位置,晚上卻不會發生這種類型的磁脈沖。 地球夜間的磁脈沖往往發生在較高緯度,并帶來絢麗的南北極光。 目前,火星上的磁脈沖沒有確切的成因,但科學家在心里至少已有了一種猜測。

雖然火星不再擁有強大的全球性磁場,但太陽風會和火星的稀薄大氣層交互作用,在火星周圍產生微弱的磁泡。 這個磁泡又被太陽風的磁場壓迫,導致磁泡的一部分呈現類似尾巴的形狀。 午夜時分,洞察號在火星上的位置恰好與這條尾巴對齊,這條尾巴在通過時,就會像撥動吉他弦一樣撥動地表的磁場。

如果一艘像是NASA火星大氣與揮發物演化任務(Mars Atmosphere and Volatile Evolution,簡稱MAVEN)軌道器這樣的高海拔宇宙飛船,能夠恰好在這個時間點經過洞察號上方,或許就能證明這種假設。 不過,目前這仍是個未解之謎。

引發關注

在一場關于火星磁場的演講中,科學家還提到,磁訊號的特征顯示了在火星地表下方某處,似乎存在著一層導電層。 雖然研究團隊還不能確認確切的深度,但他們認為不會超過100公里。

布萊恩解釋道,在地球沙漠中的測試顯示磁力計如何讓我們得知地下深處是否有水。 同樣的,洞察號的磁力計顯示,所發現的導電層或許是一個帶有溶解固體物的含水層,或是冰與水層,而它的范圍可能擴及整顆行星。

目前還不清楚湖泊、河流或甚至海洋這類的地表水體,在火星史上存在了多久時間。 但的確有些證據顯示,現今火星地表下方擁有咸水儲水層。 拉德博還說,火星地殼越往深處溫度就越高。 既然有強烈的證據顯示火星表面有廣泛分布的冰,擁有液態水的地下含水層應該也相當合理。

但布萊恩說,魔鬼藏在細節里,得要排除所有可能導致這類磁脈沖的其他因素才行。 洞察號登陸器有個鉆頭,但只能挖掘到地面下方約5公尺的深度,因此科學家可能得要藉由其他方法──或許是未來的火星任務──來檢驗這個地下水層的推論。

布萊恩補充說明,無論火星含水層存在的理論被證實或推翻,包括磁場數據在內的洞察號測量結果無疑都具有相當重要的價值。 我們所派去的這位機器特使雖然只是駐扎在埃律西昂平原(Elysium Planitia)的某個定點,但它一定會挖掘出深埋火星的各種驚奇事物。




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