2023 年 11 月 8 日

 

• upGREAT 測量金星白天和夜晚的原子氧濃度。
• 測量是使用 SOFIA（平流層紅外線天文台）上的 upGREAT 太赫茲光譜儀進行的。
• 重點：太空旅行、行星研究、太赫茲研究、感測器系統

 

我們的太陽係有兩顆非常相似的行星：地球和金星。它們的年代可能相同，大小相當，並且可能由相同的材料製成。但這兩個天體之間也存在著很大差異。地球擁有藍色的天空、充滿生命的液態水海洋和富氧的大氣層，而金星則被二氧化碳、氮氣和各種微量氣體組成的濃密雲層包圍。借助 SOFIA（紅外線天文平流層觀測站）上的太赫茲光譜儀 upGREAT（德國太赫茲頻率天文接收器），現在可以首次直接測量金星大氣白天和夜晚兩側的原子氧濃度。

金星大氣層中有兩股強烈的氣流：大約70公里以下有逆金星自轉方向吹的颶風，但120公里以上則有逆著金星自轉方向吹的強風。在這兩個相反的大氣流之間是一層原子氧。這是由太陽的紫外線輻射引起的，太陽的紫外線輻射將金星大氣中的二氧化碳和一氧化碳分解成原子氧和其他產物。

 

直接測量法檢測原子氧

先前和目前的檢測方法都是間接的，並且基於對其他分子的測量與光化學模型的結合。2021年11月，來自德國太空中心光學感測器系統研究所、馬克斯普朗克射電天文學研究所和科隆大學的科學家首次成功直接探測到金星大氣中活性極高的氧原子。測量是使用平流層紅外線天文學觀測站索菲亞 (SOFIA) 上的 upGREAT 光譜儀進行的。「它們特別具有挑戰性，因為金星只能在三天內用 SOFIA 觀測到，每次大約 20 分鐘，並且僅略高於地平線。德國航太中心光學感測器系統研究所所長、第一作者 Heinz-Wilhelm Hübers 教授表示：「由於 upGREAT 出色的測量靈敏度和 SOFIA 的獨特品質，我們有可能繪製出金星上的氧氣分佈圖。」出版物的。

 

測量結果

金星的發射是在 4.74 太赫茲 (THz) 附近的狹窄頻率範圍內測量的，該頻率範圍對應於 63.2 微米的波長。金星大氣層中的原子氧吸收這種輻射。這與太陽光譜中的弗勞恩霍夫線相當，它提供了太陽大氣中原子的指示。這在金星太赫茲光譜中產生了一條吸收線，這是原子氧的特徵。吸收訊號的強度和形狀是原子氧含量及其溫度的量度。「我們能夠證明，氧氣是在金星的白天形成的，隨著太陽輻射的減少，氧氣的濃度也會降低。在夜間，局部濃度增加表明風流導致原子氧富集。」Heinz-Wilhelm Hübers 教授解釋。

從原子氧的溫度範圍（白天約攝氏-120度到夜間約攝氏-160度）可以推斷，它主要發生在100公里左右的高度。它的濃度大約比地球大氣層中的濃度低十倍。與地球的明顯差異有助於未來更好地理解為什麼地球及其姊妹行星金星的發展如此不同。

 

[照片]

(A) 原子氧的吸收光譜

金星的發射是在 4.74 太赫茲（黑線）附近的狹窄頻率範圍內測量的，對應於 63.2 微米的波長。金星大氣層中的原子氧吸收這種輻射。這與太陽光譜中的弗勞恩霍夫線相當，它提供了太陽大氣中原子的指示。這在金星太赫茲光譜中產生了一條吸收線，這是原子氧的特徵。吸收訊號的強度和形狀是原子氧含量及其溫度的量度。

(B) 索菲亞平流層紅外線天文台

2021年11月，首次有可能直接偵測到金星大氣中極為活躍的氧原子。測量是使用平流層紅外線天文學觀測站索菲亞 (SOFIA) 上的 upGREAT 光譜儀進行的。