NASA提出了保護火星大氣層建人造磁場

NASA proposes a magnetic shield to protect Mars atmosphere

NASA提議在火星建造磁場以保護大氣層。

火星地球化假想圖

上周，美國宇航局行星科學處(PSD)在華盛頓總部舉行了題為「行星科學展望2050」的研討會。該研討會從2月27日持續到3月1日，吸引了全球各地的研究者。期間，3月1日，Jim Green主任作了題為「未來火星的科學和探索環境」的報告，討論了磁場對於火星大氣層的增強作用，以此促進未來的載人任務。

當前科學界一致認為，火星曾經像地球一樣擁有磁場以保護自己的大氣層。約42億年前，火星的磁場突然消失，致使火星的大氣層逐漸散失到宇宙之中。隨後的5億年里，火星環境從溫暖濕潤變成了現在我們所知的寒冷荒涼。

太陽風暴撞擊火星剝離大氣外層粒子的渲染圖

近年來，諸如歐洲航天局火星車和NASA火星大氣和演變任務等對當前仍在持續散失的火星大氣的散失速度進行了測量，確認了太陽風對火星大氣的消耗作用，證實了上述理論。

沒有充分的大氣層，火星將一直保持寒冷、乾燥、荒涼的環境，對NASA希望將在2030年代實現的載人任務造成如輻射和窒息等諸多阻礙。對此，NASA行星科學處和科研小組主任Jim Green博士提出了一個雄心勃勃的想法。大致上，他建議在火星的L1拉格朗日點放置磁偶極子，製造環繞整個星球的人工磁層阻擋太陽風和輻射。(譯者註：在兩個天體環繞運行系統中，能找到5個點，在這5個點上放入一個質量忽略不計的物體，該物體在引力和離心力的作用下相對於兩個天體保持靜止，這些點被稱為拉格朗日點，其中L1點在兩個天體的連線之間)。

在火星的L1拉格朗日點創造人工磁偶極子的方法

Green和他的同事承認這個想法可能聽起來有點異想天開，但他們很快強調了支持該想法的針對微型磁層的新研究(為了保護宇航員和飛船)：「由於全等離子體物理編碼的應用及實驗室實驗，該新研究即將到來。未來可能設計出具有充氣式結構的磁偶極子，產生1到2特斯拉強度的磁場，主動防禦太陽風。」此外，磁場的位置應能保護大氣散失嚴重的兩個區域。報告指出，主要的兩個散失區域已經被定位：發現了更高能量的電離層材料的北極帽；發現了季節性低能量成分以及高達0.1kg/s的氧離子逃逸的赤道區。

為了測試這個想法，由來自阿姆斯研究中心、哥達德太空飛行中心、科羅拉多大學、普林斯頓大學以及盧瑟福阿普爾頓實驗室科學家組成的研究團隊針對他們的人造磁層進行了一系列的微縮實驗。研究發現，火星L1拉格朗日點的偶極磁場能夠抵消太陽風，實現火星大氣層的新平衡。目前，火星大氣通過火山噴發和凝結達到了平衡，但表面氣壓僅為6毫巴(低於地球海平面氣壓的1%)。

火星曾經像地球一樣有磁場，防止了大氣層的剝離

如此，火星大氣層將隨時間自然變厚，增加了人類探索和殖民的可能性。據Green和他的同事稱，這將引起平均溫度上升4攝氏度，足以融化北極冰帽的乾冰並引起溫室效應，從而進一步加熱大氣，融化冰帽的冰川。

根據計算，Green和他的同事估計這將使火星的海洋規模恢復到數十億年前的七分之一，促進當前和世紀中葉的人類探索。「一個在氣壓和溫度方面增強的火星大氣層，能使地表存在大量的流動水，對科學和2040年代以後的人類探索大有助益。此外，增強的大氣層將允許更大重量裝備降落到地表，防禦大部分宇宙和太陽粒子輻射，擴展氧氣提取的能力，提供『流動空氣』溫室使得植物生長生存。」 Green舉例道。

Green和他的同事說，這些條件同樣將允許人類探索者進行更細緻的星球研究，幫助他們決定星球的宜居性，因為諸多顯示這裡曾經適宜居住(比如液態水)的跡象正逐漸浮出表面。如果該提議可以在幾十年內實現，無疑將幫助推進殖民進程。

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