世界不思議

41年前預言的火星神秘綠光,終於被科學家發現,暗示著氧的秘密


1979年,科學家曾經預言:在距離我們幾千萬公里外的紅色火星上,有時會出現迷人的綠色輝光。時至今日,這個預言已經提出了41年,終於被科學家們證實。

實際上,這種綠光在地球上就有,科學家稱之為氣輝(Airglow。你可能想說:這不就是極光嗎?其實不然。

說起來,氣輝和極光也有點關聯,因為二者都是產生自同樣的粒子——氧原子。但是,氣輝比極光暗得多,而且產生機制也不完全相同。

極光是太陽風中的高能帶電粒子來到地球大氣層後,將大氣中的原子激發,最終在夜空中形成舞動的光芒,因此它只在南北極附近出現,並且與太陽活動息息相關。而氣輝的產生原理與此不同,是大氣層中的成分在太陽光正常照射下產生的,又分為夜氣輝(nightglow)、曙暮氣輝(twiglow)和晝氣輝(dayglow)三種。

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一般來說,夜氣輝來自於白天時被太陽光分解的原子,它們在沒有陽光的夜裡會重新組合,並且把多餘的能量以光子的形式釋放出去,從而產生了光。你也許感覺不到,但是地球上確實有夜氣輝的存在,只不過光汙染已經將它掩蓋了。如果有一天,全世界都不開燈,你也不會看到一個完全陷入漆黑的地球,而是在遙遠的夜空中看到微弱的夜氣輝。

不僅僅是地球,其他行星也有氣輝的存在。在此之前,科學家在金星和火星上都檢測到了夜氣輝的存在。

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既然存在夜氣輝,科學家相信,火星上也應該有晝氣輝的蹤跡。因此,科學家才在1979年提出了這個預言。可是,和夜氣輝相比,晝氣輝非常難以檢測,因為白天的陽光過於明亮,晝氣輝很容易就淹沒在陽光中。

在地球上,利用大氣層以外的國際空間站,我們可以清晰地看到地球晝氣輝。當大氣中的原子吸收了太陽光之後,會將多餘的能量以輻射的形式釋放出來,被國際空間站拍攝到。

正所謂「不識廬山真面目,只緣身在此山中」,國際空間站飛出地球大氣層,從遠處觀看,可以捕捉到晝氣輝的畫面。而人類雖然發射了很多探測器到火星,但是很大一部分都是火星車,落在火星表面,反而看不到這種場景。

科學家們在意識到這一點之後,馬上就開始轉變思路,不再單純地直視火星,而是讓視線貼著火星表面,「穿透」火星大氣層。藉助歐洲航天局和俄羅斯航天局聯合製造的繞火星ExoMars微量氣體軌道器,來自比利時的研究團隊調整了其最低點及掩星火星發現設備(Nadir and Occultation for Mars Discovery,NOMAD)的角度,對火星地表上空20至400公里(12至250英里)之間進行了一系列的觀測。

果然,事實證明:我們這41年來之所以沒有發現火星的晝氣輝,就在於觀測的方向有誤。比利時的科學家在分析了數據之後,很順利地在可見光和紫外線波段都發現了綠色的輻射。在發表於《自然天文學》雜誌上的論文中,這些科學家們將這項突破進行了深入的介紹。

比利時皇家空間天文研究所的行星學家Ann Carine Vandaele向我們介紹:「在海拔80公里的高度,輻射是最強的,同時這也受火星和太陽之間的距離所影響。」至此,41年前的預言終於被證實。當然,他們絕不會僅僅滿足於此,時隔41年,他們希望能夠獲得更多研究成果。

他們接下來對火星的晝氣輝產生機制進行了研究,利用模擬的方式研究了其形成過程。結果發現,火星上的晝氣輝產生過程和地球上空的綠光如出一轍。在受到太陽光的照射時,極其微量的二氧化碳會分解為一氧化碳和氧氣,而氧氣正是產生綠光的直接來源。

除此之外,還有一點非常值得注意:比利時的科學家們發現,火星上空的晝氣輝在可見光波段的強度是紫外線波段的16.5倍。根據比利時列日大學的天文學家Jean-Claude Gérard的說法,這個數字的確和「之前的理論模型相一致,但與我們在地球周圍發現的真正的晝氣輝並不相同。」實際上,地球上的晝氣輝在可見光波段的強度要比這弱得多。他進一步指出:「這表明我們對氧原子的特性還有很多需要研究的地方,這對我們理解原子和量子物理學是非常重要的。」

對於其中的原因,他們除了推測氧原子還有很多未知特性之外,還提出了一種可能,那就是那些觀測地球晝氣輝的儀器可能有些誤差需要去校正。不論是哪種可能,都需要科學家進行更多的實驗才能得到結果。

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