經過十年的探索，美國太空總署(NASA)的火星大氣與揮發物演化任務(MAVEN)首次報告直接觀察到一種難以捉摸的大氣逃逸過程，稱為濺射，這可能有助於科學家解答有關火星水分流失的問題。
圖說：藝術家繪製的MAVEN衛星繞行火星的示意圖
過去大量的證據顯示數十億年前火星表面存在水，但科學家們一直不知道「水到底去了哪裡？為什麼會消失？」因此，NASA在2014年將MAVEN衛星投入繞火星軌道，目的是研究火星大氣，以及是什麼原因讓火星大氣變得如此稀薄與乾燥。經過十年的觀測統計，MAVEN任務團隊認為水氣從火星大氣逃逸的過程，和一種稱為濺射(sputtering)的過程有關。
濺射指得是高層的大氣粒子受到高能的帶電粒子撞擊之後，被撞出火星的過程，就好像撞球一樣。由於火星缺乏自身磁場的保護，來自太陽發出的太陽風便不斷透過濺射，侵蝕著火星的高層大氣。一旦火星的大氣減少，地面的大氣壓力下降，地表的液態水也無法維持穩定的液態，遂逐漸蒸發，並與高層大氣一起被濺射出火星。
MAVEN任務團隊試圖透過觀察火星高、低層大氣中氬同位素的比例，還原整個濺射的過程。元素最基本的單位：原子是由質子、中子和電子組成，質子數量相同的原子具有相同元素的化學特性，但當質子數相同、中子數卻不同時，儘管化學特性相同，但原子質量卻不一樣，這種原子便稱為同位素。科學家預期由於質量較輕的氬同位素比較容易被濺射出火星，使得高層大氣中重氬同位素的比例會高於低層大氣。
然而，整個濺射過程比團隊當初所預期的還難以直接觀測到。研究團隊利用MAVEN上搭載的太陽風離子分析儀、磁力儀、中性氣體與離子質譜儀，並搭配日間與夜間不同高度的氣體量觀測統計。終於在近日繪製出濺射氬與太陽風的關係圖。地圖上不僅顯示了高空氬氣的分佈，也展示了高能粒子撞擊大氣層並濺射出氬氣的確切位置，即時顯現濺射現象。研究人員還發現，這個過程發生的速度比先前預測的速度高出四倍，並且在太陽風暴期間還會增加火星大氣被濺射的速度。
這項發現於本週發表在Science Advances雜誌上，團隊認為這對於我們瞭解火星表面存在液態水的條件，以及液態水對數十億年前火星宜居性的影響至關重要。（編譯／王彥翔）
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