在火衛一的表面採集樣本能否揭開出火星過去的秘密？

柏克萊加州大學（University of California, Berkeley）太空科學實驗室博士後研究員昆汀·內農（Quentin Nénon）團隊一項新的研究顯示，火星衛星火衛一（Phobos）環繞著流過火星大氣的帶電原子和分子流旋轉。由於行星正在釋放大氣層，其中許多氧，碳，氮和氬的帶電粒子或離子已經逃離了火星數十億年。科學家預測，一些離子已經粉碎進入火衛一的表面，並可能保留在它的最上層。

研究人員說，這意味著，如果在地球上的實驗室中對火衛一的土壤進行分析，則可以揭開有關火星大氣演化的關鍵信息。火星曾經有一種足以將液態水支撐在其表面的大氣層。如今它的密度不到地球的百分之一。

昆汀·內農說：「我們知道火星失去進入太空的大氣，現在我們知道其中的一些最終進入了火衛一。」

火衛一是火星的兩個衛星之一（另一個叫做火衛二，Deimos）。它繞著紅色行星近距離旋轉，火衛一距離火星表面只月球到地球表面的六十分之一。火衛一有隕石坑，這些隕石坑直徑只是月球上隕石坑的百分之一，火衛一是科學家爭論的焦點。謎團是火衛一和火衛二來自哪裡？它們是火星重力捕獲的小行星，還是由形成行星的同一朵雲產生的火星天然衛星？它們也可能是由火星與某物碰撞時噴出的碎片形成的，類似於地球與岩石物體碰撞後我們的月球形成的樣子。

為了幫助解決這場辯論，日本宇宙航空研究開發機構準備在2024年將火星衛星探測（Martian Moons eXploration，簡稱 MMX）衛星發送到火衛一，以從它的表面收集第一批樣本並將其運送到地球。內農指出，如果火星衛星探測衛星降落在火衛一的近火星側面或永遠面對火星的那一側，那麼這些樣本可能比單獨揭露火衛一起源藏有更多的資料。

火衛一在潮汐中鎖定在火星上，就像月球被潮汐鎖定在地球上一樣，因此總是向地球展示其中一面。結果火衛一近火星的一側的岩石，已經在火星原子和分子中沐浴了數千年。內農的研究顯示，火衛一近側的最上層表面受到的火星離子比它背面多二十至一百倍。

內農說：「有了近端的樣本，我們可以在淺層地殻中看到火星過去大氣的歷史，而在深層中可以看到火衛一的原始組成。」

內農的團隊分析了來自美國太空總署火星大氣與揮發物演化任務（Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN，簡稱 MAVEN）衛星的數據，得出這個結論。為了幫助科學家弄清楚火星如何失去大氣層，並提供有關行星氣候變化的其他重要科學見解，火星大氣與揮發物演化任務衛星六年來一直在收集來自火星軌道的數據。由於火星大氣與揮發物演化任務衛星在執行飛行任務，每日環繞火星飛行時會穿過火衛一軌道五次，因此研究團隊認為可以使用火星大氣與揮發物演化任務衛星測量來了解有關火衛一的資料，特別是因為它是即將進行的火星衛星探測任務目標。

他們依靠火星大氣與揮發物演化任務衛星的超熱和熱離子成分儀測量火衛一軌道上的火星離子。超熱和熱離子成分儀測量進入粒子的動能和速度。這使科學家能夠計算其質量。根據測得的不同離子質量，超熱和熱離子成分儀確定那些粒子來自火星而不是來自太陽。太陽也發出破壞大氣的離子，儘管主要是質量低得多的離子。然後科學家估計有多少離子可以使其進入火衛一的表面，以及它們能夠進入的深度（不超過幾百納米，是人類頭髪濶度的二百五十分之一左右）。

太空科學實驗室和太空實驗室副研究員安德魯·波普（Andrew Poppe）表示，昆汀所做的是我們曾經在月球和太陽系其它行星的衛星上進行的探索，首次將相同的方法應用於火衛一。因為研究衛星可以了解有關它的母行星更多資料是常見的做法。例如：科學家認為月球沒有大氣，風或水可以侵蝕它表面的古老線索，是擁有的保存最完好的早期太陽系檔案。

波普說：「我們在太陽神登月採集樣本中看到，月球一直在耐心地記錄來自太陽和地球的單個原子，這是一個非常有用的歷史記錄。」

科學家希望從月球表面獲得更多樣本，可以使我們了解地球的古代大氣或早期磁場。研究團隊設計並製造超熱和熱離子成分儀，波普想知道當火星還是溫暖潮濕時，火衛一的表面是否能夠揭露有關火星早期的情況。

【圖、文：節譯自美國太空總署網頁】研究全文刊登在2021年2月1日出版的《自然-地球科學》期刊