我很喜歡孫燕姿的一首歌,叫做《綠光》。其中有一句歌詞是:" Green Light, I'm Searching for You "。不止是孫燕姿,科學家們也在尋找一道綠光。不過,這道綠光不是在地球上,而是在火星上。
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。你可能想説:這不就是極光嗎?其實不然。
説起來,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。
(圖片説明:氣輝和極光的區別,綠色圓層為氣輝,中間幕布狀的是極光)
一般來説,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裏會重新組合,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,只不過光污染已經將它掩蓋了。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。
既然存在夜氣輝,科學家相信,火星上也應該有氣輝的蹤跡。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,而是讓視線貼着火星表面,"穿透"火星大氣層。藉助歐洲航天局和俄羅斯航天局聯合制造的繞火星 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 G é rard 的説法,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。
氧氣對於人類來説是一種非常重要的物質,而氧原子正是保持其化學性質的最基礎單位。氧原子既可以兩兩結合成為氧氣供人類呼吸,也可以三個一組結合為臭氧,防止我們被太陽的紫外線傷害。如果火星上的晝氣輝真的暗示我們對氧原子的瞭解還很有限,那麼我們有必要進行深入的研究,瞭解這種生命之源到底還有什麼秘密。