火星人火卫一的表面能否揭示火星过去的秘密？

新的研究表明，火星的火卫一火卫一绕着流过红色星球大气的带电原子和分子流旋转。

随着地球逐渐脱离大气层，这些氧，碳，氮和氩的带电粒子或离子中的许多已经逃离了火星数十亿年。2021年2月1日发表在《自然地球科学》杂志上的一篇论文称，科学家预测，一些离子已经粉碎进入火卫一的表面，并可能保留在其最上层。

研究人员说，这意味着，如果在地球上的实验室中对火卫一的土壤进行分析，它可能会揭示有关火星大气演化的关键信息。火星曾经有一个足以将液态水支撑在其表面的大气层。如今，它的密度不到地球的1％。

这项研究的主要作者，加州大学伯克利分校太空科学实验室的研究员昆汀·内农说：“我们知道火星失去了进入太空的气氛，现在我们知道其中的一些最终进入了火卫一。”

MAVEN的成像紫外光谱仪观察到的火卫一。橙色显示了火卫一表面反射出的中紫外线（MUV）太阳光，暴露了月球的不规则形状和许多陨石坑。蓝色显示在121.6 nm处检测到的远紫外光，它在扩展的火星高层大气中从氢气中散射出来。在这里300公里的范围内观察到的火卫一阻挡了此光，使紫外线天空黯然失色。

火卫一是火星的两个卫星之一（另一个叫做Deimos）。它绕着红色行星近距离旋转，大约是从地表到地面测量的距离，是月球绕地球旋转的距离的60倍。陨石坑被陨石坑戳了戳，直径比地球的月球小100倍，火卫一在科学家中引起了巨大争议。神秘之处是火卫一和魔鬼是从哪里来的？它们是被火星引力捕获的小行星，还是由形成行星的同一朵云产生的火星天然卫星？它们很可能是由火星与某物碰撞时喷出的碎片形成的，类似于地球与岩石物体碰撞后我们的月球形成的样子。

为了帮助解决这场辩论，日本航空航天局准备在2024年将火星卫星探测（MMX）探测器发送到火卫一，以从其表面收集第一批样本并将其运送到地球。Nénon指出，但是，如果MMX降落在月球的近侧或始终面对火星的那一侧，那么这些样本所揭示的内容不只是火卫一的起源。

来自美国国家航空航天局（NASA）的火星侦察轨道飞行器上的高分辨率影像科学实验相机拍摄的2008年3月23日的火卫一图像。

火卫一在潮汐中被锁定在火星上，就像地球的月球被锁定在地球上一样，因此始终只向地球显示一侧。结果，火卫一近侧的岩石被火星上的原子和分子浸透了数千年。Nénon的研究表明，火卫一近侧最上层的表面层受到火星离子的影响比其远侧多20到100倍。

内农说：“利用近端的样本，我们可以在浅层谷物中看到火星过去大气的档案，而在深层中，我们可以看到火卫一的原始组成。”

Nénon的小组分析了NASA火星大气层和挥发卫星（MAVEN）航天器的数据，得出了这一结论。MAVEN一直在收集来自火星轨道的数据超过六年，以帮助科学家了解火星如何失去大气层，并提供有关地球气候演变的其他重要科学见解。自从飞船在执行主要任务时绕地球火星绕地球火星轨道绕地球飞行约五次以来，内农和他的同事们就可以使用MAVEN测量来了解有关火星的信息，特别是因为它是即将进行的MMX任务的目标。

该可视化显示了MAVEN航天器在其主要任务期间的轨道变化，它从最初的高度椭圆形进入轨道发展到椭圆形程度较小的轨道，最后发展到科学轨道。

他们依靠MAVEN的超热和热离子成分仪（STATIC）测量火卫一轨道上的火星离子。STATIC测量进入粒子的动能和速度。这使科学家能够计算其质量。根据测得的不同离子质量，STATIC确定了哪些粒子来自火星而不是太阳。太阳也发出破坏大气的离子，尽管主要是质量低得多的离子。然后，科学家们估计了有多少离子可以将其植入到火卫一的表面，以及它们将被植入的深度（不超过几百纳米，是人发宽度的250倍左右）。

“昆汀所做的就是接受我们在太阳系的月球和其他卫星上所做的调查，并首次将相同的方法应用于火卫一，”太空科学实验室和太空实验室副研究员安德鲁·波普说-Phobos论文的作者。

确实，研究卫星以了解有关其母行星的更多信息是常见的做法。例如，科学家认为地球的月球没有大气，风或水可以剥夺其古老线索的表面，是我们拥有的有关早期太阳系的保存最完好的档案。

“我们在阿波罗样本中看到的是，月球一直在耐心地记录来自太阳和地球的单个原子，”波普说。“这是一个非常酷的历史记录。”

科学家希望从月球表面获得更多样本，可以使我们了解地球的古代大气或早期磁场。Poppe的伯克利同事设计并制造了STATIC仪器，他说，他想知道当地球看上去温暖潮湿时，火卫一的表面是否能够显示有关火星早期的信息。

因此，几年前当他发现自己没有实验室的互联网服务时，“我被迫通过咖啡与同事交谈，因为我们无可奈何，” Poppe说。他问他们，火卫一是否会受到火星离子的影响，就像地球的月球经常受到来自地球的粒子的影响一样。“你们看到任何证据吗？”他问。

没有人对此进行过调查，因此Poppe进行了一些计算机建模，这表明他在做某事。Nénon于2019年加入太空科学实验室时，他提出要仔细研究MAVEN的数据，以找出Poppe的模型是否正确。事实证明是这样。内农说：“因此，希望这一发现将对MMX任务的科学活动产生影响。”

参考：Q.Nénon，A。R. Poppe，A。Rahmati和J. P. McFadden于2021年2月1日在《自然地球科学》上发表的文章：“火卫一大气层中火星大气离子的注入”。
10.1038 / s41561-020-00682-0

这项研究部分由MAVEN任务资助。MAVEN的主要研究人员位于科罗拉多大学博尔德分校的大气与空间物理实验室，而NASA Goddard管理着MAVEN项目。

这项研究也得到了NASA太阳系探索虚拟研究所附属团队的部分资助，其中包括由NASA Goddard行星科学家Rosemary M. Killen领导的“月球环境与动力学探索研究”项目，以及小行星环境的动态响应，由戈达德行星科学家威廉·法雷尔（William M. Farrell）领导的月球和火星卫星。