基本介紹
- 中文名：火星大氣
- 外文名：atmosphere of Mars
- 主要成分：二氧化碳
- 表面大氣壓：500～700帕
- 大氣的密度：不到地球大氣的百分之一
- 學科：天文學
大氣組成,二氧化碳,氬氣,水汽,甲烷,存在生命證據,儀器探測,探測原因,探測計畫,“極光現象”,
大氣組成
二氧化碳
二氧化碳是火星大氣主要成分。冬天時，極區進入永夜，低溫使大氣中多達25%的二氧化碳在極冠沉澱成乾冰，到了夏季則再度升華至大氣中。這個過程使得極區周圍的氣壓與大氣組成在一年之中變化很大。
氬氣
和太陽系其他星球相比，火星大氣有著較高比例的氬氣。不像二氧化碳會沉澱，氬氣的總含量是固定的，但也因為二氧化碳會在不同時間進出大氣，氬氣在不同地點的相對含量會隨時間而改變。近期衛星資料指出，南極區在秋季時氬氣含量提高，到了春季則會降低。
水汽
火星大氣變化顯著。當夏季二氧化碳升華回大氣時，它留下微量的水汽。季節性、時速接近400公里的風吹離極區，帶著大量的沙塵與水汽，其中水汽造就了霜與大片捲雲。這些水冰雲由機會號於2004年攝得。2008年七月31日，NASA鳳凰任務的科學家證實地下凍的發現。鳳凰號的更多分析將確認這些冰是否曾為液態，或包含生命必需的有機物。鳳凰號的熱電傳導性探針（Thermal and Electrical Conductivity Probe）顯示當地大氣中的水分在火星晚上時會消失，同時土壤的水分則會增加。
甲烷
火星大氣中含量為十億分之一級（ppb）的微量甲烷，首次的發現來自2003年一支在NASA戈達德太空飛航中心的團隊。2004年三月，火星快車號和自地面觀測的加法夏望遠鏡也支持甲烷的存在，濃度約10ppbv。甲烷的存在十分吸引人，因為這是不穩定的氣體，要存在必有某種來源。據估計，火星每年必須產生約270公噸的甲烷，但由小行星帶來的只占0.8%。雖然地質活動也可提供，但火星近期缺乏火山活動，熱液活動、熱點等是甲烷來源的可能性就較低。微生物（如甲烷古菌）也可能是來源之一，但尚未證實。
甲烷的分布不是全球性的，表示它在充分分布均勻之前就已被破壞，不過這也指出它必不時的釋放至大氣。目前計畫於尋找可能的伴隨氣體，藉以推測來源的形式：在地球海洋中，生物產的甲烷常伴隨著乙烯，而火山作用產生的甲烷則伴隨著二氧化硫。
2005年，研究發現橄欖石與水、二氧化碳於高溫高壓下蛇紋岩化（serpentinization）後可產生甲烷，過程與生物無關。在地表下幾公里深即可滿足反應的溫壓條件，且計算如果要維持目前甲烷濃度幾十億年，所需的橄欖石量並不多，增加了甲烷無機來源的可能。而如果要證明正確，就得發現此反應的另一產物蛇紋岩。
歐洲空間局發現甲烷的分布不均勻，但卻和水汽的分布相當一致。在上層大氣這兩種氣體分布均勻，但在地表卻集中在三處：阿拉伯地、埃律西昂平原和阿卡迪亞平原。西南研究學院的行星科學家David H. Grinspoon認為甲烷與水汽分布的一致性增加了生物來源的可能，不過生命如何在火星如此不友善的環境下生存仍然未知。如果要證明甲烷的分布與生物有關，探測船或登入艇需要攜帶質譜儀，分析火星上碳12與碳14的比例（即放射性碳定年法），便可辨別出是生物還是非生物源。2012年，火星科學實驗室將會測量二氧化碳與甲烷中的同位素。
2013年9月19日，根據從好奇號得到的進一步測量數據，NASA科學家報告，並沒有偵測到大氣甲烷（atmospheric methan）存在跡象，測量值為0.18±0.67ppbv，對應於1.3 ppbv上限（95%置信限），因此總結甲烷微生物活性機率很低，可能火星不存在生命。但是，很多微生物不會排出任何甲烷，仍舊可能在火星發現這些不會排出任何甲烷的微生物。
存在生命證據
德國《明鏡》周刊報導，正在火星軌道上轉動的歐洲航天局“火星快車”的觀測結果，證實了過去一些科研小組的結論：在火星大氣層中含有甲烷，這為火星上可能有以微生物形式存在的生命，提供了進一步的證據。甲烷俗名叫沼氣，即使在地球上，現在也有細菌之類的一些微生物，它們依靠從氫和二氧化碳中製造的甲烷維持生命，從而可以在沒有氧氣的環境下生存。科學家根據化學知識認為，如果火星上有甲烷存在，這些甲烷不能產生很久，最多也不過是在幾百年前形成。因此，這裡必然有一個能不斷向火星大氣提供甲烷的“源泉”。這個“源泉”有三種可能：一是外來的小行星或彗星等碰撞火星帶來甲烷；二是火星火山爆發噴出的；三是火星上微生物製造出來的。從而證實火星有生命的觀點，最後一種可能最受歡迎，因為這本身就是證實。此外，科學家根據現有觀測完全排除第一種可能。對於第二種可能分析上有些麻煩。首先，目前火星上沒有活火山，但是科學家說，這並不說明問題，因為根據“火星快車”對火星上的死火山的觀測，它們有的甚至是在幾百萬年前才成為死火山，而以前的幾十億年一直活躍。而且，即使甲烷來自火山噴發，也無損於科學家猜測火星有生命，因為火山噴出的岩漿使表面下的水以液體形式存在，從而易於生命存在。
火星大氣
火星大氣儀器探測
其實，此前美國夏威夷的紅外天文望遠鏡，以及設在智利的“雙子星座”天文觀象台，都發現過火星大氣中有甲烷的跡象，但是“火星快車”上裝備了“行星傅立業頻譜儀”，因此能根據所測量到的火星大氣頻譜中顯示出來的為甲烷所獨有的頻譜段，而確定性地證實火星大氣中存在甲烷。這一點上，現在正在火星表面探測的美國“勇氣號”和 “機遇號”兩個火星車，卻遠遠趕不上，因為它們主要擔負地質勘探任務，沒有相應的測量甲烷的儀器。
含有甲烷，這為火星上可能有以微生物形式存在的生命，提供了進一步的證據。
據國外媒體1月10日報導，美國宇航局想知道為何火星上曾有過水而今卻成了寒冷沙漠？為弄清原因，美國想研究火星的大氣情況，而二大被選中的火星探測器將競相爭取此2011年令人動心的火星發射任務。
從20多個建議中，美國宇航局這周決定與兩大探測器建造小組簽訂200萬美元的研究契約。如果他們按計畫進行，在今年底宣布製成了能揭示火星上層大氣隨時間變化的太空船，他們將可以獲得4.75億美元的獎金。
目前，火星上有二個火星車和三個軌道器在探測研究。科學家認為火星數億年前有厚厚的大氣，但好多都逃溢到了太空中，如今只有稀薄的一層大氣了，且現有的火星大氣中95%是二氧化碳
探測原因
“有關火星大氣隨時間變遷丟失水和二氧化碳，科學家存有許多問題，” 此次建議的贏家之一、火星大氣與不穩定性變化（MAVEN）的主要調查者、美國科羅拉多州大學的布魯斯-嘉庫斯凱說。
了解火星大氣在發生什麼對確定此行星現在或曾經是否適合生命生存發展很重要。研究火星大氣的化學組成與動態變化也是MAVEN競爭的重點，這就是名為“偉大逃溢”的項目，是由美國西南研究院提出的。
“偉大逃溢”項目的目標是通過測量火星上層大氣的構成與動態變化來確定火星大氣隨時間的變化情況。周二在阿靈頓舉行的火星科學計畫會議上，美國宇航局的火星探測計畫的首席科學家麥可-梅葉表示，局裡很高興獲得了二大如此好的建議，希望有足夠的錢來完成它們。
探測計畫
此項目由低成本火星探測計畫——“偵察（Scout）”提供資金。美國宇航局的首個“火星偵察” 任務是建造鳳凰號火星車，並計畫在今年8月發射。除此火星車研究契約之外，美國宇航局還獎勵位於聖路易斯的華盛頓大學的研究人員80萬美元，因為他們參與研製了名為ExoMars的歐洲火星科學任務。此任務計畫於2013年發射，將用來搜尋火星上今生前世的火星生命。
美國宇航局還獎勵加州大學150萬美元，因為他們提供了二個技術建議，此技術可以為ExoMars和其它未來火星探測器開發新的儀器。此儀器將能探測和分析火星上的有機物質。
“極光現象”
TOM科技訊 據俄羅斯媒體2月22日報導，歐洲空間局的“火星快車”號探測器日前成功捕捉到了火星大氣中的“極光”現象。不過，稱其為“極光”並不準確，因為火星大氣中的輝光現象並不在極地附近。 專家們介紹說，火星大氣的發光現象經常出現在那些磁場發生變化的地區－－它們通常都距離極地非常遙遠。儘管如此，火星大氣發光的原理卻與地球上的極光現象基本相同：太陽釋放出的帶電粒子經過地球（或火星）磁場的加速後與大氣分子發生猛烈碰撞，從而產生髮光現象。 需要指出的是，雖然在火星軌道上確實可以看到綠色的火星“極光”，但本文所附圖片中顯示的綠色圖案卻並非“火星快車”號拍攝到的真實照片。 由於美國的“火星全球監測者”數年前也曾發現在火星表面的部分區域存在著磁場異常現象，因此有科學家猜測，當時火星大氣中也出現過“極光”現象。與地球不同的是，火星上並沒有一個遍布全球的完整磁場。科學家此前只是在火星表面的斷層附近觀測到過局部性的磁場。2004年，“火星快車”號上裝備的SPICAM探測儀曾成功地在火星表面的磁場異常區記錄到過大氣發光現象。之後，專家們還記錄到帶電粒子在火星磁場的作用下速度發生了明顯加快。 通過分析火星大氣的計算機模型，科學家們得出結論稱，在火星表面確實能觀測到綠色的發光現象，只是它們不會出現在極地附近。
據新華社華盛頓11月2日電（記者任海軍）美國航天局2日說，“好奇”號火星車首次分析了火星大氣，未發現其中含有甲烷。
地球大氣中90%以上的甲烷由活體有機物製造，希望發現火星生命線索的地面項目科學家對火星大氣中含有甲烷充滿期待。但“好奇”號“火星樣本分析”設備的首次分析結果令他們失望。
科學家此前通過地面和太空設備在火星大氣中發現過甲烷，但濃度非常低，約為億分之一至億分之五。“好奇”號項目科學家認為，目前在火星上名為“岩巢”的地點未觀測到甲烷並不意味著此前發現有誤，因為甲烷可能在不同時間積聚於不同地點。
