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  • 运气来了没办法,去探测水星的信使号,却偶然发现金星上的秘密!

    哲学家尼古拉斯·雷舍尔曾写道:科学发现往往不是基于某种精心设计的研究计划,而是通过某种纯粹的运气。对于约翰·霍普金斯应用物理实验室(APL)的一组研究人员来说,这一说法显得非常真实。最初是为了确保美国宇航局(NASA)水星表面、空间环境、地球化学和测距航天器信使号上的仪器正常工作而进行的演习,后来演变成了一个长达10年的传奇。

    运气来了没办法,去探测水星的信使号,却偶然发现金星上的秘密!

    导致了一个与任务目标行星水星无关的偶然发现:关于金星及其大气层。其研究现在发表在《自然天文学》期刊上,信使号偶然收集的数据显示,在金星表面约30英里处,氮浓度突然上升,表明金星的大气并不像预期那样均匀混合,这一发现颠覆了人们几十年来对金星大气层的理解。故事始于2007年6月,当时信使号在金星上空第二次飞越,然后转向水星。

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    任务仪器团队利用这个机会测试设备,并在大约六个月后真正的表演开始之前收集了数据。研究团队成员中有约翰·霍普金斯应用物理实验室的核物理学家大卫·劳伦斯(David Lawrence),他是信使号中子谱仪的仪器科学家,该中子谱仪探测宇宙射线与行星大气层或表面分子碰撞而释放到太空中的中子,其目标是找到中子的迹象,这些中子来自水分子中的氢原子,这些分子被怀疑(后来被证实)冻结在水星两极的陨石坑阴影中。

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    然而,在金星上空,劳伦斯只是想收集一些数据来验证仪器是否正常运行,初步检查显示它是有效的,并将数据提交到表格中。但在2010年,劳伦斯重新审视了这些测量结果,这次是与约翰·霍普金斯应用物理实验室另一位核物理学家帕特里克·佩普洛夫斯基(Patrick Peplowski)一起进行。尽管向金星发送了50年的探测器任务,包括13个大气探测器或着陆器,但关于金星大气中的氮浓度,特别是在地表30至60英里之间的氮浓度,仍然存在很大的不确定性。

    幸运的信使号和科学家

    这让佩普洛夫斯基和劳伦斯感到困惑,因为氮是漂浮在金星大气中的第二大丰度分子,仅次于二氧化碳。不确定性不一定只存在于信使号仪器中,它可能存在于整个星球上。然而,1962年的一项研究中:中子光谱学可以帮助确定金星大气中的氮浓度。与碳和氧不同,氮相当善于清除松散的中子,而碳和氧是最差的。因此,在金星上,仪器探测到的中子数量应该取决于大气中氮的含量,幸运的是“信使号”恰好收集了这些信息。

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    研究进行了计算机模拟,将地球60英里厚的大气层,分成不同的波段,在这些波段中,可以操纵氮浓度,并真实地模拟有多少中子将流向上面的航天器。当模型与信使号的数据进行比较时,发现最好的匹配是:大气氮占体积的5%,大约是大气中测量到较低体积的1.5倍。所有中子都来自地表上方约35至60英里的区域,这正是存在最大不确定性的区域,这在很大程度上是幸运的。为什么氮在海拔较高的地方增加,目前还不清楚。

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    其发现让很多人感到惊讶,但这并不是因为人们被惊呆了。许多科学家似乎对这是值得研究的事情感到惊讶,高层大气中的氮浓度,比低层大气中氮浓度高的想法,超出了人们的思考范围。以前在试图获得资金来完成这项研究时曾陷入过这种僵局,这个项目三次被拒绝资金,因为它被认为是死胡同。而研究人员需要的数据让他们对结果充满信心,并推动研究越过终点线。

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    幸运的是来自APL的科学家杰克·威尔逊(Jack Wilson),他只是碰巧正在为一个无关项目分析相同的Messenger数据。研究团队在2016年的一次会议上提交了初步结果后,俄罗斯联邦航天局引用了他们在Venera-D任务中研究金星大气层和表面的工作。目前,美国宇航局发现计划正在考虑的两个任务提案-DaVinci+和Veritas,这两个提案都包括APL科学家在,也旨在更详细地研究金星的大气层。

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    这一新结果强调了研究人员在得出有关大气数据的结论时需要谨慎,特别是在其他太阳系对行星大气兴趣日益浓厚的情况下。研究人员仍在了解有关金星及其大气层的基本情况,金星也是我们的隔壁邻居。科学家们能对数百或数千光年外的系外行星大气层充满信心,这一点值得质疑。得出严谨和令人信服的结论需要大量数据,但是,获得这些数据有时可能只需要一点好运气。

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    博科园|研究/来自:约翰·霍普金斯大学

    参考期刊《自然天文学》

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