内太阳系表面束缚外逸层研究的未来方向

曼梅聊娱乐 2023-10-07 22:30:00
前言

表面束缚的外逸层是由行星环境和岩石体表面之间复杂的相互作用产生的。在研究这种外逸层的产生时,必须考虑不同的驱动因素,包括光子、离子、电子和影响不同物体表面的流星体群。

对不同种类物质的外层观测,为工作过程、驱动因素、表面特性和释放效率提供了线索。这些信息可以用来调查身体如何进化以及将要进化;此外,它使我们能够推断哪些进程在不同环境中占主导地位。

在这篇综述中,我们重点关注未解答的问题和需要的测量,以深入了解表面释放过程、驱动因素和外逸层特征。还讨论了即将到来的太空任务、地面观测和建模新方向所提供的未来机会。

外逸层产生机制

无空气物体的外逸层是由外部因素与表面之间复杂的相互作用产生的,表面特性对于确定各种来源的效率至关重要。研究外逸层产生机制时,必须考虑环境中的不同驱动因素。特别重要的是影响不同天体表面的粒子和流星体。

显示了水星和月球的驱动器和释放的表面材料的比较方案。事实上,不同类别的物种的外逸层观测、碱金属或水族物质,可以揭示工作中的释放过程,不仅适用于当前太阳系无空气的天体,还适用于早期太阳系天体。

例如作为行星胚胎,甚至是具有岩浆表面的近距离岩石系外行星,水星和月球这两个主要无空气天体的过程,最合适和研究得最好的无空气太阳系岩石天体的例子是月球和水星,但小行星和火星的两颗卫星也受到类似的相互作用,最大的区别在于重力的作用。

早在20世纪70年代,人们就知道月球没有稠密的大气层,但在阿波罗任务期间首次在月球外逸层中检测到。在接下来的十年中,钠已使用地面技术进行了观测。最初使用航天器上的超热离子能谱仪,在月球附近观测到月球拾取。

氧的存在方式

在这两种情况下,氧在外逸层中都可能以分子形式存在。对于此类物质,气体原子在撞击表面时不会失去足够的能量。与此同时在外逸层中还发现了其他物种:氩气,月球稀有气体是阿波罗17号任务期间通过质谱法测量的首批外层物质之一。

这些气体是研究气体-风化层相互作用的示例性物种,因为它们表明了不同程度的气体-表面结合。随着风化层表面冷却,表面的氖气密度从黄昏到黎明增加,表现出不可凝结物质的预期行为。

或者即使它们这样做了,键也很弱,以至于它们立即再次发射,外层密度在表面预计与表面温度成反比。氦气也是一种在最冷的夜间温度下不会冻结的气体,但会在黎明前出现峰值并在黎明时下降,这与不可凝结物质的预测行为不同。

对这些物质和其他挥发性物质和分子氢的测量提出了气体在与风化层接触时如何精确损失能量的问题。例如,关于月球外逸层中的氦原子是否应该与表面热化一直存在争论。这个问题直到最近才得到解决,光谱观测证实了月球外层氦的热化。

另一个例子是,阿波罗17号任务部署在月球表面的,质谱仪测量得出的氩气的可吸附性质并不属于惰性气体。外逸层模型需要采用意想不到的高活化能值来解析,以匹配测量结果。这最初归因于原始月球风化层的清洁度。

最近兰托斯和察瓦奇迪斯,指出了风化层微观结构在延长风化层第一毫米内克努森扩散暂时保留氩气和其他气体的能力方面的作用。这也适用于更深层次和长期的水封存和具有类似波动性的物种。

大约30%的喷射氩原子最终被吸附在月球两极附近的永久阴影区域,另一部分最终进入季节性极地阴影,每半年它们可以从那里重新发射年创建季节。事实上月球的两极地区预计将含有大量被困在风化层中的挥发性气体。

这些原子和分子要么通过外层弹道跳跃被输送到两极,和/或它们是由落在充当催化剂的颗粒上的更简单的原子成分合成的。挥发性气体的来源是月球内部以及植入的太阳风。至少有一些氦气。

根据不同的估计范围在10%到15-20%之间,甚至高达40%,似乎是由于放射性元素的衰变而从表面内部流出的。测量发现西洋海和上方的外逸层密度有所增加,这可能与这些位置丰度的增加有关。

钾等地面分布不均匀的其他气体也存在月相变化,水手10号在飞越水星期间首次观测到了水星的外逸层。光谱仪揭示了,原子氧的上限作为其外逸层的成分。水手10号飞越揭示了弱内部全局磁场的存在,偶极子轴与其自转轴大致对齐。

这个偶极场足够强大,足以维持一个小型磁层,其中充满了源自太阳风和行星外逸层的等离子体。这一观测结果意味着水星通过其小磁层与太阳风和行星际磁场之间存在更复杂的相互作用。

自20世纪80年代下半叶至今,基于地球的观测揭示了有关水星外逸层的重要特征,但仅限于通过地球大气层可观测到的物种,即钠和钙。由于水星靠近太阳,因此在夜间使用望远镜观测水星非常具有挑战性。

。自20世纪90年代以来,先进技术允许使用太阳望远镜进行长时间的白天观测,从而可以研究短时间变化。因为这些光的弹道范围较大原子。最后,氩气密度从黄昏到黎明减小,然后在黎明时增加,这是与可凝态物质一致的行为。

水星仅在日出前或日落后的几个小时内可见,因此很难研究外逸层的变化。地面观测中的主要观测值是钠,外逸层的发射线,其变化分布有时会扩展到整个阳光照射的半球,有时会在北半球和南半球出现两个峰值。

太阳风预计进入并撞击地表的区域下方的发射强度的变化和增加,清楚地表明碱金属分布和离子撞击地表之间存在相关性。钠,外逸层变化与等离子体撞击表面的严格关系得到了,于2012年9月20日记录的行星际日冕物质抛射。

抵达水星期间钠,地面观测的幸运观测的支持。事实上,在这次观察期间,当密集的等离子体可能压缩日侧磁层时,钠外逸层显示出一种变化的分布。尽管有这些证据,仍然有许多无法解释的特征需要进一步观察、实验室测量和建模,这些将在下一节中描述。

事实上,正如实验室实验所研究的,离子溅射过程对于岩石风化层上的太阳风离子的效率较低,并且不能证明观察到的高,钠柱密度高度一致光子刺激解吸,释放过程的典型温度约为外逸层的另一个具体特征是形成反太阳尾部。

该尾部沿着水星轨道强烈变化,与太阳辐射压力明显成正比。这条,钠,尾部直观地显示了地球上,钠,的损失率,与其他外层物种损失率相当。鉴于这种损失,钠源库平衡的研究仍然是一个悬而未决的问题。

笔者认为

事实上,目前还不清楚水星表面的钠含量是如何随时间演变的。在飞越期间和整个任务期间的观测证实了,内部磁偶极矩的存在并发现偶极子为向北偏移约0.2。首次观测到磁层中的行星重离子。

观测描绘了一个真正动态的磁层,与外部太阳风条件有很强的耦合,并且重连率很高,导致太阳风频繁、高效地进入磁层并在磁层内部循环。并通过测量进行确认和量化,这很难用更高能的表面释放过程来解释。

另一方面,如果这些重离子在白天和夜晚撞击地表,它们可能有助于产生第二代外逸层。紫外和可见分光计定期观测外逸层中的钠、钙,和镁原子。磁层中的重离子群意味着直接处于电离状态的表面释放机制或外层成分的有效光电离。

观测结果与地面观测结果一起分析表明,除了短期变化外,钠外逸层沿轨道还存在长期变化。全球钠密度以及当地时间和纬度分布的不对称性沿着水星年有明显的重现。科学界仍在争论能够充分解释这些行为的全球情景。

最后在水星外逸层中检测到了锰和铝通过地面观测以低信噪比观测到。出乎意料的是,对于高度氧化的表面,外逸层中原子氧的存在仍然没有得到证实,因此关于它在哪里以及以何种形式存在的争论仍在继续。

信使号的观测结果显示,不同种类物种的外逸层存在明显的二分性;事实上,虽然中等挥发性成分的分布沿着水星轨道具有长期变化性和短期变化性,特别是在高纬度地区,但难熔成分主要来自公羊半球,其中大多数流星体由于水星和尘埃盘粒子的相对速度而撞击地表。

当水星穿过彗星尘埃流的轨迹时,外逸层中钙的增强也证明了与预期流星体撞击的相关性。因此,对于这些物种来说,微流星体撞击汽化是预期的主要生成过程。然而首先通过具有挑战性的钙,地面观测发现了这些组件的高尺度高度。

参考文献

全国空间科学及其应用标准化委员会《空间科学及其应用术语》

格尔达·霍内克《 宇宙生物学》

胡文瑞《微重力科学概论》

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