探测器传回火星紫外波段图像:夜气辉与火山上空的云团

文章作者:lili | 2016-11-02

 

总所周知,在紫光灯下钱币,邮票,乃至许多产品的包装盒都会显示出不一样的图像。美国宇航局的“火星大气与挥发分演化探测器”(MAVEN)搭载的“成像紫外光谱仪”(IUVS)设备拍摄到的火星在紫外光下呈现出来的不一样的景象。2016年7月9日~10日拍摄的火星紫外波段图像,假彩色,左上角为火星最高的山峰——奥林匹斯火山2016年7月9日~10日拍摄的火星紫外波段图像,假彩色,左上角为火星最高的山峰——奥林匹斯火山

这两张图像展示的是火星自转7小时之间不同的画面,在此期间火星刚好转过大约1/4天。左侧图像正值清晨,而右侧图像正值下午。左侧图像上可以看到著名的水手谷,右侧图像上可以看到火星上规模最大的几座火山  这两张图像展示的是火星自转7小时之间不同的画面,在此期间火星刚好转过大约1/4天。左侧图像正值清晨,而右侧图像正值下午。左侧图像上可以看到著名的水手谷,右侧图像上可以看到火星上规模最大的几座火山

  据国外媒体报道,最新传回的紫外波段火星图像揭示了这颗红色星球大气层的崭新面貌。从这些最新图像中可以目睹在火星表面巨形火山上空正在形成的云团,其中还包括首张火星夜气辉(nightglow)图像的拍摄,这种图像可以用于追踪高空大气层内空气的流动情况。这些图像是由美国宇航局的“火星大气与挥发分演化探测器”(MAVEN)搭载的“成像紫外光谱仪”(IUVS)设备拍摄的。

  尼克·施耐德(Nick Schneider)是美国科罗拉多大学大气与空间物理学实验室的一位科学家,他说:“在过去几个月间,MAVEN探测器拍摄了数百张这类图像,这是迄今我们获取的质量最高的高清分辨率紫外波段火星图像。”施耐德在近日于美国加州召开的美国天文学会行星科学分会上向与会代表们报告了相关结果。该会议与欧洲行星科学大会今年属于联合举办。

  白天拍摄的紫外波段图像展示了大气层内的臭氧含量如何随着季节改变而发生变化,另外也可以观察在午后时分,在巨型火山的山顶上空云层是如何形成的。

紫外波段的火星。这种图像可以用于追踪高空大气层内空气的流动情况紫外波段的火星。这种图像可以用于追踪高空大气层内空气的流动情况

这是2016年7月10日由MAVEN飞船拍摄的火星南极附近地区的紫外波段影像,此时正值南半球的初春时节。图像中暗色区域是岩石地表,而浅色区域主要是云层、尘埃和雾霾。南极地区大片浅色则是二氧化碳干冰沉积  这是2016年7月10日由MAVEN飞船拍摄的火星南极附近地区的紫外波段影像,此时正值南半球的初春时节。图像中暗色区域是岩石地表,而浅色区域主要是云层、尘埃和雾霾。南极地区大片浅色则是二氧化碳干冰沉积

  而拍摄于夜半球的图像则反映出一氧化氮产生的夜气辉辐射效应。夜气辉是一种常见的行星大气现象,指的是即便在完全没有外部光源的情况下,行星大气所产生的黯淡发光。

  火星夜半球的大气由于白天时受到阳光照射激发并产生某些类型大气化学反应,当转动在夜半球时仍然会持续产生微弱发光。

  来自太阳的紫外辐射会分解火星大气中的二氧化碳和氮气分子,这一过程中产生的原子会跟随高空气流环绕火星运行。

  在夜半球,这些高空气流会将这些原子成分带到相对较低的高度上,此时氮原子和氧原子就会相互结合形成一氧化氮分子。这一过程会以紫外辐射的形式向外释放多余的能量。

  在此之前,科学家们便已经从理论上预测在火星大气中应当会存在一氧化氮产生的夜气辉现象,而此次MAVEN探测器则首次传回了这一现象的直接拍摄图像。

  在图像中可以看到偶发性的亮斑或明亮条带,这是在高空气流的影响下,一氧化氮分子的形成加速进行时产生的闪光加强。因此,反过来看,类似亮斑或明亮条带的存在证明火星高空大气和环流模式中存在强烈湍动和不稳定性。而这些高空气流又决定着火星大气将如何对其非常强烈的季节变化作出响应。

  这些最新图像将帮助改进科学家们对于距离火星地表37~62英里(约合60~100公里)高度上大气环流的模式,这些模式决定着火星大气的各类行为。

  昼半球的紫外波段图像以前所未有的分辨率展示靠近火星南极上空大气以及地表的情况,此时火星南半球正迎来初春时节。

  当大气中存在水汽时,臭氧就很容易被破坏,因此火星大气中的臭氧浓度在火星冬季的极区上空最高,因为那时火星大气中的水汽成分都已经凝结并降落到火星表面,火星大气十分干燥。

  此次拍摄的图像证实火星大气中的臭氧成分能够一直持续存在到春季,这表明火星全球风系能够有效阻止火星其他地区的水汽成分抵达火星极区。

  图像中的波浪状形态显示的是臭氧在紫外波段的吸收效应,这对于我们理解火星上的风带模式是至关重要的,它将赋予科学家们一种额外手段,能够对火星大气化学以及全球环流开展研究。

  MAVEN的观测结果还显示,在午后时分,发生在火星表面的4座巨型火星上空的云团形成过程,有点类似地球上山区上空比较容易形成云雾的情况。IUVS设备拍摄的云层形成图像是火星上一天之中云层系统发育过程记录质量最高的图像之一。

  云层体系同样是我们了解一颗行星能量均衡以及水汽储量的关键指标,因此这些观测对于我们理解火星大气季节性和每日变化过程将会是非常宝贵的参考。美国科罗拉多大学的贾斯汀·戴罕(Justin Deighan)是这项研究的第一作者,他表示:“MAVEN的椭圆轨道刚刚好。它可以升到足够高的高度上,从而拍摄全球图像,但与此同时速度又足够快,从而能够在火星一天之内拍摄多帧画面。”

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