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在火星上发现了一种以前未被发现的化学反应

来源:腾讯网 作者:未知 浏览数:1090 发布时间:2021-04-06

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  •   科学家首次在火星上发现氯化氢(HCl)。这种无色气体的来源尚不清楚,但现有的理论包括火山活动或之前未被发现的与这颗红色星球史诗般的沙尘暴有关的化学循环。

     

      今天发表在《Science Advances》上的新研究是第一个记录火星大气中氯化氢(HCl)及其相关氯化反应的文献。自从2004年发现甲烷(一种潜在的生物特征)以来,这是首次在火星上检测到新型分子。氯化氢(HCl)与生命没有联系(实际上相反),但是与甲烷一样,它在火星上的存在是现在是一个需要答案的问题。

     

      这项研究的合著者、牛津大学物理系的研究科学家凯文·奥尔森(KevinOlsen)说,有两种可能性:要么是地表下的岩浆活动产生的气体,要么是通过涉及地表灰尘和大气气体的复杂化学相互作用产生的气体。无论哪一个是正确的,都将是一个令人兴奋的结果。

     

      奥尔森在一封电子邮件中解释说:“如果有证据表明,拟议中的化学循环将地表尘埃中的矿物质与大气中的气体联系起来,这将是已知的第一次地表和大气之间的直接联系,而不是冰的形成。”另一方面,如果某种形式的喷发被确定为氯化氢(HCl)的来源,如火山或其他岩浆脱气,那么这是已发现的活跃地质作用的第一个证据。

     

      事实上,美国宇航局的“洞察”号探测器通过发现火星地震现象,已经暗示火星上存在未知的地质过程。上述甲烷的发现同样指向未知的地质或可能的生物过程。然而,如果表面物质和大气气体的化学循环与氯化氢(HCl)有关,这仍然代表着火星气体跟踪轨道器(TCO)的巨大胜利,因为这正是它设计用来探测的东西。

     

      火星气体跟踪轨道器(TCO)曾被用于探测火星上的氯化氢(HCl),是欧洲航天局和俄罗斯俄罗斯联邦航天局的联合任务,它从2016年开始在火星轨道上运行。火星气体跟踪轨道器(TCO)项目的主要目标是对火星低层大气中的稀有气体进行分类,如水蒸气、二氧化氮、乙炔和甲烷。这些化合物和其他化合物的发现及其潜在的相互作用可以为火星上以前未被发现的化学过程提供证据。

     

      火星气体跟踪轨道器(TCO)的大气化学套件光谱仪收集的数据显示了与HCl一致的光谱序列。该研究的第一作者、莫斯科空间研究所的行星科学家奥列格·科拉贝夫(OlegKorablev)在一封电子邮件中说,研究小组发现了“多种光谱特征,一种特征强度和位置的模式”,这使得他们能够“无误地识别氯化氢(HCl)”。他还说:“我们甚至发现了两种不同原子量的氯同位素,Cl-35和Cl-37。”

     

      氯化氢(HCl)是地球大气中一种非常重要的气体,在室温下是看不见的,但当它与大气水蒸气接触时会产生白色的氯化氢(HCl)烟雾。

     

      “在地表附近,它是由蒸发的海水形成的,它与酸的形成有关,在高层大气中,它在臭氧破坏中起到了作用。”奥尔森说,“它也是从火山喷发出来的,这就是为什么我们一直在火星上寻找它——这是火山活动活跃的迹象。但是,我们不认为火山并不是是火星氯化氢(HCl)形成的唯一原因,我们认为还有其他的大气化学在起作用。”

     

      奥尔森和他的同事怀疑这是因为氯化氢(HCl)和水蒸气的行为似乎有关联。这些水蒸气来自南极冰盖,在南半球的火星夏季,冰盖将蒸发的水泄漏到大气中。事实上,氯化氢(HCl)是在2019年4月被检测到的,那是火星南半球的夏末。

     

      奥尔森说:“我们的观测是关于极地冰盖季节性冻融循环对火星大气和气候的影响。”

     

      重要的是,在2018年席卷地球的一场史诗般的沙尘暴中,也检测到了HCl的特征,这场十年一遇的风暴永久性地摧毁了美国宇航局(NASA)的”机遇“号探测器。全球沙尘暴造成了暂时的温室效应,把水从地表附近拉到了更高的高度。奥尔森说,正是这些条件,“温暖、多尘、潮湿的大气”,可能导致了火星上氯化氢(HCl)的形成。但正如科学家在随后的一年中观察到的,氯化氢(HCl)的形成“可能发生在有规律的、季节性的沙尘条件下,”他指出。

     

      同时,氯化氢(HCl)来源于火山的证据仍然很弱。科拉贝夫说,火星上还没有探测到其他“预计更丰富的火山气体”,如二氧化硫。“我们在地球上的探测分布不支持氯化氢(HCl)集中的任何当地来源,”而美国宇航局的‘洞察’号着陆器发现火星上的地震活动很低。”他说,“所有这些事实都与氯化氢(HCl)的火山成因不一致。”

     

      奇怪的是,氯化氢(HCl)很快就消失了。它是在全球沙尘暴期间和之后以及沙尘季节被发现的,但后来就消失了,研究人员也不知道为什么。

     

      “我们对氯化氢(HCl)行为的理解并不能解释这一点。”奥尔森说,“它不会像二氧化碳或水那样凝结和冻结,它不应该分解得那么快,而且它太多了,无法移动到我们的仪器无法测量的地方。我们预计会与固体尘埃和冰粒子发生相互作用,但为什么氯化氢(HCl)从火星大气中消失了,这是一个谜。”

     

      氯化氢(HCl)存在于火星上并不令人感到意外,因为早在2008年发现的高氯酸盐(一种不同的氯化合物)暗示了这种气体的存在。如果研究人员对氯化氢(HCl)的化学来源是正确的,并且如果氯在矿物和气相之间循环,那么“那将对高氯酸盐的形成产生影响,但我们还没有看到影响有多大,”奥尔森说。他补充说:“氯化氢(HCl)也是非常活泼的,并且在地球大气中起着重要作用,而且我们看到它的水平远远高于预期,因此它将影响我们如何看待和模拟火星大气层的化学性质。”

     

      研究小组现在正期待着对下一个火星年收集到的总体拥有成本数据进行整理,当时没有出现全球沙尘暴。该小组将研究氯化氢(HCl)的出现和消失如何与灰尘和大气蒸汽以及拟议的气体矿物反应中涉及的潜在成分有关。同时,科拉贝夫说,研究小组还期待着“大气化学建模和火星氯化学相关实验室研究的新进展”。

     

      我们喜欢认为火星是仅次于地球的宜居星球,但这样的研究提醒我们,这个地方是多么的不适宜居住和荒凉。一些真正令人毛骨悚然的化学反应正在进行,与地球上所见的过程没有明显的相似之处。火星表面没有流动的水、稀薄的大气中充满了二氧化碳,剧烈的温度波动,是我们努力理解的奇异过程的发源地。可以说,我们不会很快住在那儿。

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