平流层红外天文观测台(SOFIA)首次测量了地球高层大气中的重原子氧
作者:焦点 来源:休闲 浏览: 【大 中 小】 发布时间:2024-12-12 13:31:49 评论数:
（神秘的平流地球uux.cn）据美国宇航局（by Anashe Bandari）：平流层红外天文观测台(SOFIA)首次测量了地球高层大气中的重原子氧。
重氧之所以被称为重氧，层红测台次测层是外天文观因为它有10个中子，而不是量地我们呼吸的通常的8个“主”氧。重氧被视为生物活动的球高气中标志，常见于低层大气。原氧这两种形式都是平流光合作用的副产品，但主要的层红测台次测层氧气被生物的呼吸消耗得比它的重对手多，留下了更大浓度的外天文观重氧气。
这张示意图显示了地球大气层，从对流层到热大气层。球高气中SOFIA在平流层内进行观测，原氧并研究了中间层和低热层中主要氧与重氧的平流比例，直到大约124英里(200公里)的层红测台次测层高度。Credit: NASA/SOFIA/L. Proudfit
然而，外天文观很少有人知道这种丰富的重氧是如何从地面附近的生成位置渗透到大气的更高区域的。凭借其高光谱分辨率，SOFIA的大型仪器测量了中间层和低热层中主要氧与重氧的比率，首次在实验室外对重氧进行了光谱检测。
马克斯·普朗克射电天文学研究所的科学家赫尔穆特·维塞迈尔说:“这是在追踪生物活动——这一点已经得到了很好的证明。”“到目前为止，这个信号延伸到的高度被认为是60公里[约37英里]——所以，几乎是中间层的较低部分——问题是，它会到达更高的高度吗？如果是这样的话，因为上面没有生物，到达更高海拔的唯一方法就是有效的垂直混合。”
换句话说，对这些地区重氧大量集中的唯一解释是空气的上下运动，这可能对气候变化有重要影响。
测量重氧很复杂，因为它看起来与主氧非常相似。在平流层上，索菲亚可以在月球背景下将两者分开:月球的亮度使其对这些难以分辨的特征具有最高的灵敏度。
这使得研究人员能够测量高达200公里的大气中主氧与重氧的比率。发表在《物理评论研究》上的结果显示，这两种氧的差异从382到468不等，与地面上的比例相似。
“有一些过程正在改变这些比率。对地球来说，这个过程是有氧生命，”Wiesemeyer说——尽管也有其他潜在的化学解释需要考虑。
Wiesemeyer和他的合作者在他们的不确定性估计中非常保守，所以他们不能完全将他们的重氧测量归因于生物学。例如，太阳风也可以向地球输送大量氧气，但它不太可能做出如此大的贡献。
这项测量两种形式氧气之间平衡的试点研究证明了大气科学家可以用来研究垂直混合的技术。这项研究的发现还可以帮助更好地定义地球大气的生物学相关边界。
更雄心勃勃的是，未来可能对各种氧信号敏感的仪器可能会使用类似的技术来测量系外行星的氧比率。高氧含量结合对这些系外行星垂直混合的理解，可能表明生物活动——尽管该小组警告说，这样的研究将需要当前技术不具备的巨大灵敏度。
“这个想法是在你去其他地方进行更深入的研究之前，先了解你自己家门口发生了什么，”Wiesemeyer说。
即使对低轨道卫星来说，这些观测值也太低了，但从地面上观测又太敏感了。平流层气球观测也许能够在未来提供潜在的后续研究。
SOFIA是美国航天局和德国航天局在德国航天中心的一个联合项目。德国航天中心为这次飞行任务提供了望远镜、预定的飞机维护和其他支持。美国宇航局位于加利福尼亚州硅谷的埃姆斯研究中心与总部位于马里兰州哥伦比亚的大学空间研究协会和位于斯图加特大学的德国索非亚研究所合作管理索非亚计划、科学和任务运作。这架飞机由美国宇航局位于加利福尼亚州帕姆代尔的阿姆斯特朗飞行研究中心703号楼维护和运营。索非亚在2014年实现了完全的运行能力，并在2022年9月29日完成了最后一次科学飞行。
重氧之所以被称为重氧，层红测台次测层是外天文观因为它有10个中子，而不是量地我们呼吸的通常的8个“主”氧。重氧被视为生物活动的球高气中标志，常见于低层大气。原氧这两种形式都是平流光合作用的副产品，但主要的层红测台次测层氧气被生物的呼吸消耗得比它的重对手多，留下了更大浓度的外天文观重氧气。
这张示意图显示了地球大气层，从对流层到热大气层。球高气中SOFIA在平流层内进行观测，原氧并研究了中间层和低热层中主要氧与重氧的平流比例，直到大约124英里(200公里)的层红测台次测层高度。Credit: NASA/SOFIA/L. Proudfit
然而，外天文观很少有人知道这种丰富的重氧是如何从地面附近的生成位置渗透到大气的更高区域的。凭借其高光谱分辨率，SOFIA的大型仪器测量了中间层和低热层中主要氧与重氧的比率，首次在实验室外对重氧进行了光谱检测。
马克斯·普朗克射电天文学研究所的科学家赫尔穆特·维塞迈尔说:“这是在追踪生物活动——这一点已经得到了很好的证明。”“到目前为止，这个信号延伸到的高度被认为是60公里[约37英里]——所以，几乎是中间层的较低部分——问题是，它会到达更高的高度吗？如果是这样的话，因为上面没有生物，到达更高海拔的唯一方法就是有效的垂直混合。”
换句话说，对这些地区重氧大量集中的唯一解释是空气的上下运动，这可能对气候变化有重要影响。
测量重氧很复杂，因为它看起来与主氧非常相似。在平流层上，索菲亚可以在月球背景下将两者分开:月球的亮度使其对这些难以分辨的特征具有最高的灵敏度。
这使得研究人员能够测量高达200公里的大气中主氧与重氧的比率。发表在《物理评论研究》上的结果显示，这两种氧的差异从382到468不等，与地面上的比例相似。
“有一些过程正在改变这些比率。对地球来说，这个过程是有氧生命，”Wiesemeyer说——尽管也有其他潜在的化学解释需要考虑。
Wiesemeyer和他的合作者在他们的不确定性估计中非常保守，所以他们不能完全将他们的重氧测量归因于生物学。例如，太阳风也可以向地球输送大量氧气，但它不太可能做出如此大的贡献。
这项测量两种形式氧气之间平衡的试点研究证明了大气科学家可以用来研究垂直混合的技术。这项研究的发现还可以帮助更好地定义地球大气的生物学相关边界。
更雄心勃勃的是，未来可能对各种氧信号敏感的仪器可能会使用类似的技术来测量系外行星的氧比率。高氧含量结合对这些系外行星垂直混合的理解，可能表明生物活动——尽管该小组警告说，这样的研究将需要当前技术不具备的巨大灵敏度。
“这个想法是在你去其他地方进行更深入的研究之前，先了解你自己家门口发生了什么，”Wiesemeyer说。
即使对低轨道卫星来说，这些观测值也太低了，但从地面上观测又太敏感了。平流层气球观测也许能够在未来提供潜在的后续研究。
SOFIA是美国航天局和德国航天局在德国航天中心的一个联合项目。德国航天中心为这次飞行任务提供了望远镜、预定的飞机维护和其他支持。美国宇航局位于加利福尼亚州硅谷的埃姆斯研究中心与总部位于马里兰州哥伦比亚的大学空间研究协会和位于斯图加特大学的德国索非亚研究所合作管理索非亚计划、科学和任务运作。这架飞机由美国宇航局位于加利福尼亚州帕姆代尔的阿姆斯特朗飞行研究中心703号楼维护和运营。索非亚在2014年实现了完全的运行能力，并在2022年9月29日完成了最后一次科学飞行。