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最近,用现代科学了解从头剖析旧数据好像成了一种趋势。其间,天体生物学界近来最热议的课题之一,便是金星上是否有几率存在生命——尤其是在它的大气云层中(金星云层的压力与温度条件在整个太阳系中与地球最为类似)。一项由美国科研团队发布的新论文再次点着了这场争辩,他们从头剖析了NASA在上世纪70年代发射的前锋号金星勘探使命(Pioneer Venus)的数据,成果显现:金星的云层首要由水组成。
当然,这并不代表金星的云层是像地球相同由水蒸气凝结成的水滴。研讨显现,金星云层中的水(氧化二氢)大多以水合物(hydrated materials)的方式存在,而非独立的水滴。不过,这一发现与此前“金星云层首要由硫酸构成”的干流认知比较,是一次巨大改变。论文指出,硫酸任旧存在,占云层物质的约22%,但问题就在于:上世纪70年代的科学家怎样会在仪器数据解读上出现如此大的误差?
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为了回答这一问题,不同组织的科学家,包含加州州立理工大学波莫纳分校(Cal Poly Pomona)、威斯康星大学、亚利桑那州立大学以及NASA,展开了一场“科学侦察举动”,从头寻觅并收拾当年的前锋号数据。这些原始材料被保存在NASA“空间科学数据和谐档案中心(Space Science Data Coordinated Archive)”的微缩胶片中。从头剖析的榜首步,便是从档案中找出这些胶片并将其数字化。
这一主意起源于波莫纳加州理工大学的拉凯什·莫古尔(Rakesh Mogul)与威斯康星大学的金星专家桑杰·利迈(Sanjay Limaye)的一次评论。他们谈到金星云层的化学组成时,萌生了从头剖析前锋号所收集的质谱仪(mass spectrometry)数据的想法,以为其间或许藏有新的头绪。
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金星大气中温度、压力、风速与海拔之间的联系图(纵坐标左边为海拔、右侧为压力,横坐标顶部为风速、下部为温度)。
事实证明,他们的直觉是正确的。来自前锋号大型勘探舱(Pioneer Venus Large Probe)上两台仪器中性质谱仪(LNMS)和气相色谱仪(LGC)在穿过金星厚厚的大气层时回传的数据,记录了对金星大气成分的剖析。莫古尔和利迈发现,当勘探舱进入更深的云层时,这些本来用来吸入气体的进口被气溶胶颗粒阻塞了。其依据之一,是勘探舱穿越云层时,二氧化碳浓度出现了显着且时间短的下降。
研讨人员没有简略地将此视为“仪器毛病”,而是将其看作剖析云中气溶胶类型的头绪。他们经过一系列剖析这些物质在不相同的温度下的“烧蚀(burn-off)温度”来判别成分。跟着勘探舱下落,大气温度上升,气溶胶在高温下被加热、消融、开释气体,然后康复气体通道(这也解说了CO₂读数随后又上升)。
研讨人员榜首要注意到,在185°C和414°C时,出现了显着的水蒸气峰值,这表明其间含有水合三价铁硫酸盐(hydrated ferric sulfate)和水合硫酸镁(hydrated magnesium sulfate)。剖析显现,水成分约占气溶胶的62%,但简直都被捆绑在这些水合物中。
与上世纪的研讨千篇一律的是,硫酸也出现在气溶胶中。在215°C时检测到很多SO₂开释,这正是硫酸分化的温度。而在397°C时又出现了另一波SO₂开释,阐明还有一种更耐高温的硫酸盐化合物存在。
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此刻,研讨人员发现一个幽默的现象:在397°C邻近,质谱仪还检测到了铁离子峰值。SO₂与铁一起开释,暗示该气溶胶成分或许是三价铁硫酸盐(ferric sulfate),它在此温度下会分化为氧化铁和硫氧化物。据估计,这种化合物在云中占比或许高达16%,简直与硫酸的22%适当。
那么这些铁从何而来?文章作者估测,铁源自金星大气以外的世界尘土,这些尘土与酸性云层产生化学反应构成铁盐。更重要的是,这项研讨解说了一个长时间困惑科学界的问题:为什么实地勘探器测得的水含量与长途光谱观测成果差异巨大?答案是:长途光谱仪无法勘探到“被捆绑在水合物中的水”,只能检测到游离水蒸气;而下落勘探舱能测到两者,因而数据更挨近金星云层的实在含水量。
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帕克太阳勘探器(PSP),NASA于2018年发射的无人航天器,其使命是重复的勘探和调查太阳的外日冕,为了取得最佳的轨迹高度,PSP 7次飞掠过金星,凭借引力弹弓下降原轨迹近日点,并在此期间回传了多组金星大气的勘探数据。
这一发现对金星潜在生命的研讨具有深远含义。曩昔对立“金星云层存在生命”的首要论据之一是“缺少水”,但现在看来,水其实比幻想中丰厚得多——虽然这种环境仍酸性极强,对地球微生物而言并不友爱。
这项研讨再次证明:旧数据仍然能在现代科学评论中发挥要害作用。要害仅仅要能把它从NASA汗牛充栋的档案中找出来——这自身,也是一种科学探究的成果。
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