火星上的神秘绿光,41年前就被预言存在,如今终于被发现

我很喜欢孙燕姿的一首歌,叫做《绿光》。其中有一句歌词是:\" Green Light, I'm Searching for You \"。不止是孙燕姿,科学家们也在寻找一道绿光。不过,这道绿光不是在地球上,而是在火星上。

1979 年,科学家曾经预言:在距离我们几千万公里外的红色火星上,有时会出现迷人的绿色光。时至今日,这个预言已经提出了 41 年,终于被科学家们证实。

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实际上,这种绿光在地球上就有,科学家称之为气辉(Airglow。你可能想说:这不就是极光吗?其实不然。

说起来,气辉和极光也有点关联,因为二者都是产生自同样的粒子——氧原子。但是,气辉比极光暗得多,而且产生机制也不完全相同。

极光是太阳风中的高能带电粒子来到地球大气层后,将大气中的原子激发,最终在夜空中形成舞动的光芒,因此它只在南北极附近出现,并且与太阳活动息息相关。而气辉的产生原理与此不同,是大气层中的成分在太阳光正常照射下产生的,又分为夜气辉(nightglow)、曙暮气辉(twiglow)和昼气辉(dayglow)三种。

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(图片说明:气辉和极光的区别,绿色圆层为气辉,中间幕布状的是极光)

一般来说,夜气辉来自于白天时被太阳光分解的原子,它们在没有阳光的夜里会重新组合,并且把多余的能量以光子的形式释放出去,从而产生了光。你也许感觉不到,但是地球上确实有夜气辉的存在,只不过光污染已经将它掩盖了。如果有一天,全世界都不开灯,你也不会看到一个完全陷入漆黑的地球,而是在遥远的夜空中看到微弱的夜气辉。

不仅仅是地球,其他行星也有气辉的存在。在此之前,科学家在金星和火星上都检测到了夜气辉的存在。

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既然存在夜气辉,科学家相信,火星上也应该有气辉的踪迹。因此,科学家才在 1979 年提出了这个预言。可是,和夜气辉相比,昼气辉非常难以检测,因为白天的阳光过于明亮,昼气辉很容易就淹没在阳光中。

在地球上,利用大气层以外的国际空间站,我们可以清晰地看到地球昼气辉。当大气中的原子吸收了太阳光之后,会将多余的能量以辐射的形式释放出来,被国际空间站拍摄到。

正所谓\"不识庐山真面目,只缘身在此山中\",国际空间站飞出地球大气层,从远处观看,可以捕捉到昼气辉的画面。而人类虽然发射了很多探测器到火星,但是很大一部分都是火星车,落在火星表面,反而看不到这种场景。

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科学家们在意识到这一点之后,马上就开始转变思路,不再单纯地直视火星,而是让视线贴着火星表面,\"穿透\"火星大气层。借助欧洲航天局和俄罗斯航天局联合制造的绕火星 ExoMars 微量气体轨道器,来自比利时的研究团队调整了其最低点及掩星火星发现设备(Nadir and Occultation for Mars Discovery,NOMAD)的角度,对火星地表上空 20 至 400 公里(12 至 250 英里)之间进行了一系列的观测。

果然,事实证明:我们这 41 年来之所以没有发现火星的昼气辉,就在于观测的方向有误。比利时的科学家在分析了数据之后,很顺利地在可见光和紫外线波段都发现了绿色的辐射。在发表于《自然天文学》杂志上的论文中,这些科学家们将这项突破进行了深入的介绍。

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比利时皇家空间天文研究所的行星学家 Ann Carine Vandaele 向我们介绍:\"在海拔 80 公里的高度,辐射是最强的,同时这也受火星和太阳之间的距离所影响。\"至此,41 年前的预言终于被证实。当然,他们绝不会仅仅满足于此,时隔 41 年,他们希望能够获得更多研究成果。

他们接下来对火星的昼气辉产生机制进行了研究,利用模拟的方式研究了其形成过程。结果发现,火星上的昼气产生过程和地球上空的绿光如出一辙。在受到太阳光的照射时,极其微量的二氧化碳会分解为一氧化碳和氧气,而氧气正是产生绿光的直接来源。

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除此之外,还有一点非常值得注意:比利时的科学家们发现,火星上空的昼气辉在可见光波段的强度是紫外线波段的 16.5 倍。根据比利时列日大学的天文学家 Jean-Claude G é rard 的说法,这个数字的确和\"之前的理论模型相一致,但与我们在地球周围发现的真正的昼气辉并不相同。\"实际上,地球上的昼气辉在可见光波段的强度要比这弱得多。他进一步指出:\"这表明我们对氧原子的特性还有很多需要研究的地方,这对我们理解原子和量子物理学是非常重要的。\"

对于其中的原因,他们除了推测氧原子还有很多未知特性之外,还提出了一种可能,那就是那些观测地球昼气辉的仪器可能有些误差需要去校正。不论是哪种可能,都需要科学家进行更多的实验才能得到结果。

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氧气对于人类来说是一种非常重要的物质,而氧原子正是保持其化学性质的最基础单位。氧原子既可以两两结合成为氧气供人类呼吸,也可以三个一组结合为臭氧,防止我们被太阳的紫外线伤害。如果火星上的昼气辉真的暗示我们对氧原子的了解还很有限,那么我们有必要进行深入的研究,了解这种生命之源到底还有什么秘密。

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