图为18日“MAVEN”发射现场。新华社发
2013年8月31日，美国航天局火星勘测轨道飞行器拍摄到这张火星“诺克提斯迷宫”地区的照片。该地区的神奇地貌是被峡谷、槽谷和深坑分割形成的。图中显示浅色含铁硫酸盐和粘土矿物暴露在沙丘区域附近，该区域十分接近火星赤道。图片来源：美国航天局网站
美国“火星大气与挥发演化(MAVEN)”探测器18日发射升空，它将以前所未有的精度研究火星的上层大气，以帮助科学家揭开火星大气层变得稀薄之谜。科学家认为，正是由于大气的逃逸，使得火星的气候在几十亿年间发生了巨大的变化，而这其中的原因从未被研究过。
明年9月抵达火星轨道
美国航天局电视直播画面显示，美国东部时间18日13时28分(北京时间19日2时28分)，在一片浓烟之中，“MAVEN”探测器搭乘“宇宙神V型”火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地冲天而起，开始前往火星的旅程。
美国航天局在官方推特账户上说，这是“完美的一天、完美的发射”，“加油，MAVEN！火星，我们来了！”现场观看发射的美国航天局局长查尔斯·博尔登说，这次成功的发射表明美国航天局可以胜任“类似把人类送上火星这样更伟大的工作”。
“MAVEN”探测器重2.45吨，大小类似于一辆公交车，上面携带8件探测仪器，整个项目花费超过6.7亿美元。
“MAVEN”探测器将通过调查此前从未触及的火星上层大气，研究火星大气的逃逸过程，帮助科学家解答火星为什么会从曾适合微生物生存的行星变成沙漠世界。
据美国航天局介绍，“MAVEN”探测器主要任务期为期1年。在此期间，它将在火星上空150公里至6100公里的不同高度进行观测，并执行5次俯冲至125公里高度的任务，125公里是火星上层大气的最下边界。
目前，绕火星轨道上仍在工作的探测器共有3个，分别是美国的“奥德赛”与“火星勘测轨道飞行器”以及欧洲航天局的“火星快车”。
如果一切顺利，探测器将于明年9月22日抵达火星轨道，比本月初印度发射的“曼加里安”号火星探测器还要早两天到达。
探秘火星气候变迁史
科学家认为，正是由于大气的逃逸，使得火星的气候在几十亿年间发生了巨大的变化，从拥有浓厚的大气层，地表温暖并存在大量液态水，到今天寒冷荒凉的沙漠世界。而这其中的原因从未被研究过。
研究人员希望“MAVEN”能名副其实。“‘MAVEN’是个可信任的专家。”美国航天局太空科学主管约翰·格伦斯菲尔德说，它将给科学家和未来到火星去的人类探索者讲述一个火星大气的故事。
“‘MAVEN’将集中研究火星大气历史，它的大气是怎样随时间而变化，又怎样影响了火星表面的演化和潜在的宜居可能——至少对微生物来说。”美国科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理学实验室研究主管布鲁斯·贾科斯基说，它还将观察来自太阳和其他宇宙源的辐射有多少，哪种类型以及这些辐射对火星上层大气造成了怎样的影响。
根据欧洲“火星快车”和美国航天局“好奇号”收集的数据，科学家对这一过程已略知一二，但还不能同时勾勒出火星的大气和空间环境。美国航天局戈达德空间飞行中心火星科学家潘·康拉德说，现在能有一个窗口，把大气数据和岩石证据结合起来，把火星的整个历史拼在一起。
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有助人类安全登陆火星
贾科斯基说：“大气层一定更厚，才能保持火星温暖和潮湿。问题是，所有的二氧化碳和水去哪里了？”
大气只能去两个地方：地下或者太空空间。科学家已知的是，其中一些二氧化碳消失在地表，与其他矿物质一起构成地壳的成分。但目前为止所发现的地表二氧化碳量并不能解释火星早期厚厚的大气层去哪儿了。
因此，科学家怀疑，大部分大气层实际上在40亿年前就开始慢慢消失在外太空，起因是火星上起保护作用的磁场神秘消失。
“磁场能阻挡太阳风靠近，使其无法侵蚀大气层。”贾科斯基说。一旦没有了磁场，太阳和其他宇宙辐射就可易如反掌揭掉火星“外衣”，而这一过程一直持续到现在。
具体来说，“MAVEN”将聚焦来自太阳和其他宇宙成员的辐射量及类型，研究这些辐射对火星气体的影响。科学家认为“头号嫌疑犯”是太阳，它数十亿年来一个分子接一个分子地吞噬火星大气层。
6个仪器将会探究太阳风如何侵蚀火星高层大气的顶部——火星的大气层不像地球大气层那样被磁屏蔽保护。这些仪器中包括一个磁强计，可以测绘火星的电磁场，科学家相信火星的电磁场在火星历史早期很强大，但是如今只存在于火星地壳的磁化碎块中。这些磁化碎块保护了大气层免受太阳风的侵袭。磁强计的测量，加上另一种仪器对太阳风的观测，将会帮助研究人员了解大气层中哪些位置最易受太阳风的剥离。
理解火星当前大气的构成和动态演化有助于人们将来更安全地登陆火星，而且假如是乘飞船的话，还可以利用大气来刹车。美国航天局希望能在2030年前实现首次载人登陆火星的目标。
专家访谈
太阳风或致火星气候变坏
——专访中科院紫金山天文台研究员季江徽
记者 高玉
记者：美国发射火星大气探测器的目的何在？
季江徽：目标是通过测量火星上层大气的构成与动态变化来确定火星大气随时间的变化情况。40亿年前的火星曾拥有浓密的大气层，且表面存在大量液态水。今天的火星大气却十分稀薄，密度也只有地球大气的1%，表面的液态水已消失。然而，这之间的过渡过程却一直是个谜。“MAVEN”探测器将通过调查此前从未触及的火星上层大气，研究火星大气的逃逸过程，帮助科学家解答火星为什么会从曾适合微生物生存的行星变成沙漠世界。
记者：有科学家认为，火星曾经是个适合居住的地方，有稀薄的大气层，天空中飘着朵朵白云，表面还可能有过潺潺流水，是什么使得现在的火星气候变得如此恶劣？
季江徽：关于火星大气层，美国这次的火星探测器或许将给出答案。科学家认为有几个必要原因导致了火星今天的气候，其中一个被称为“溅射”，不断冲击火星稀薄的大气层。太阳不断地发出高能光子，当这些光子进入火星大气层，他们会撞上分子，冲击电子并使其转换成离子。单纯的离子不会产生太大的影响，但如果有磁场存在，他们会沿着磁场方向旋转前进。
在一定时期，太阳所产生的太阳风会携带强大的磁场，其中部分磁场会带走大量的离子到太空中，磁场就会使离子以超过每秒上千公里的速度返回大气层，继续冲击其他分子，有些原子会被分离或冲散到太空中，最终造成大气层逐渐稀薄。经过几亿年的改变，地表就会发生很大改变。特别是在早期太阳风频繁的时期，科学家认为这就是火星的气候逐渐从温和转变为恶劣的干燥布满尘土的星球。
