美國太空總署行星光譜模擬產生器有助揭開太陽系的奧秘

太陽系有許多問題仍然懸而未決，金星上有類似火山的地層，但不知道它們是否活躍；火星表面表明曾經有一片廣闊的海洋，但它是如何消失的仍不清楚。最近發現的可能表明火星和金星上存在生物活動的化合物，即所謂的生物特徵，使尋找地球以外的生命的工作繼續進行。答案可能在於分析從這些行星到達我們的星光，通過分子在光的光譜中留下的指紋。

來自葡萄牙里斯本大學理學院（Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço）的研究人員將使用由美國太空總署開發的行星光譜模擬產生器 (Planetary Spectrum Generator) 獲得的模擬結果與觀測結果進行比較來自金星、火星和木星的紅外線，能夠解釋一些觀測結果並得出結論，該模擬器是研究行星大氣中少量存在的化合物豐度的有效工具。

分析的化合物之一，甲烷，可能來自生物活動和地質過程。這就是為什麼它在火星上難以捉摸的存在，被火星快車探測到而沒有被火星微量氣體任務衛星（Trace Gas Orbiter）探測到，仍然是一個謎。

里斯本大學理學院佩羅·馬查度（Pedro Machado）教授解釋，通過改變模擬的參數，我們能夠解釋火星上甲烷的檢測和未檢測到，它們可能發生的條件和位置。澄清火星上甲烷與生命的可能存在。

火星球上另一個未知數，也對尋找地球以外生命的科學領域，天體生物學非常感興趣，是它大部分水的命運。有證據顯示，曾經在火星上大量流動，而北半球的大部分地區曾經是一片廣闊的海洋。今天卻是一片冰冷的沙漠。

里斯本大學理學院若昂·迪亞斯（João Dias）解釋，了解氫的兩種變體，氘同位素和簡單氫之間的比例，有助於我們了解火星上水的時間演化。氘是一個重氫原子，它的原子核含有一個中子，所以水，H₂O，由氘原子和氫原子組成的 重水更重，逃逸到太空的難度更大。通過這項研究，在火星全球和局部水平上比較這個比率，為我們提供有關火星人命運寶貴的水資訊。

馬查度解釋，研究還包括在磷和氫這兩種化學元素的存在下，磷化氫可以在高壓和高溫環境中自發產生。這就是木星上發生的事情，磷化氫是造成這顆氣態巨行星大氣中彩色帶的原因之一，但在像地球這樣的岩石行星上，這些極端條件並不存在，它的存在與生物活性有關。

馬查度補充說：「當2020年一項研究確定金星雲中存在磷化氫時，科學界將注意力轉向這個星球。在其它條件下進行的進一步研究顯示，磷化氫可能根本不存在，或者存在的量比最初確定的要少得多，我們也能夠重現這一點。」

迪亞斯補充說：「在金星上，二氧化硫對於我們了解是否存在火山活動非常重要。通過精確確定這種化合物在不同海拔高度的豐富程度，證明在行星光譜模擬產生器上可能出現的情況下，我們就能夠得出關於它的起源結論。」

馬查度說：「這項工作對於目前正在開發的太空任務非常重要，通過告訴我們這些化學物質的預期值，便可以優化為這些任務設計的儀器，以在預期值範圍內進行檢測。故此行星光譜模擬產生器的有效性證明對科學界研究太陽系中行星的大氣層和系外行星的探測和表面特徵非常重要。」

【圖：美國太空總署；文：節譯自葡萄牙里斯本大學2022年3月29日新聞公佈】研究全文刊登在2022年3月12日出版的《大氣》期刊；標題是：From Atmospheric Evolution to the Search of Species of Astrobiological Interest in the Solar System—Case Studies Using the Planetary Spectrum Generator