來源：NASA/Johns Hopkins APL/Carnegie Institution of Washington
哲學家尼古拉斯·雷舍爾(Nicholas Rescher)曾經寫過:“科學發現往往不是由精心設計的調查計劃得來的，而是完全靠運氣。”
對於馬里蘭州勞雷爾市約翰霍普金斯應用物理實驗室(APL)的一組研究人員來說，這種說法是再正確不過了。
一場一開始只是為了確保NASA信使號(MESSENGER)飛船儀器在正常工作的演習，後來演變成一場歷時10年的冒險，結果得到了一個與任務目標水星無關的偶然發現。
這個偶然發現關於金星和它的大氣層。
研究小組在4月20日的《自然天文學》雜誌上報告說，“信使號”偶然收集到的數據顯示，在離金星表面約30英里的高度，大氣中的氮濃度突然上升，這表明金星的大氣並不像預期那樣是均勻混合的。這一發現顛覆了幾十年來人們對金星大氣的理解。
這個故事開始於2007年6月，當時，信使號第二次飛越金星，然後轉向水星。任務儀器小組利用這個機會測試了他們的設備，並對金星收集了數據。大約在六個月之後，信使號終於飛到水星，開始了任務的重頭戲。
小組成員之一是APL的核物理學家David Lawrence。他是信使號中子譜儀的儀器科學家。中子譜儀用於探測宇宙射線與行星大氣或表面的分子碰撞後釋放到太空中的中子，儀器的目標是發現中子的跡象，這些中子來自水分子中的氫原子，人們懷疑(後來也證實)這些水分子凍結在水星兩極的隕石坑陰影中。
然而，在金星上空的時候，Lawrence想收集一些數據來驗證儀器是否在正常工作。初步的檢查表明儀器正在有效運作，並且數據也已經上交。
在2010年，Lawrence與APL的另一位核物理學家(Patrick Peplowski再次回顧了這些測量數據。雖然人類在過去50年向金星發射了許多機器人任務，包括13個大氣探測器和多個著陸器，但我們對金星大氣氮濃度的認識仍然存在許多不確定性，特別是在離地表30至60英里的地方。
這讓Peplowski和Lawrence感到困惑，因為在金星的大氣中，氮是數量僅次於二氧化碳的第二大懸浮分子。
Lawrence說：“這種不確定性並不一定只存在於信使號的儀器當中——它可能存在於整個星球上。”
Lawrence曾在1962年的一篇論文中提到，中子測譜術可以幫助確定金星大氣中的氮濃度。氮相當擅長清除鬆散的中子，不像碳和氧，它們清除中子的能力是最差的。所以在金星上，儀器探測到的中子數應該取決於大氣中氮的含量。
而信使號正好收集了這些信息。
他們進行了一次計算機模擬，將這顆行星60英里厚的大氣層分成幾個帶，在這個帶裡，他們可以控制氮的濃度，並真實地模擬有多少中子會流到上面宇宙飛船所處的地方。
當他們將模型的模擬數據與MESSENGER的數據進行比較時，他們發現最匹配的結果是當大氣中的氮佔大氣體積5%的時候，大約是更低層大氣中氮含量的1.5倍。而且所有的中子都來自地表以上大約35到60英里的區域——也就是有著最大不確定性的地方。
“這真是太幸運了，”Peplowski 說。
為什麼氮在高海拔地區增加還不清楚。但Peplowski說，他們的發現引起了不少人的驚訝，只不過讓他們驚訝的並不是這個結論。
Peplowski說:“許多科學家似乎很驚訝，覺得這竟然是一件值得研究的事情。金星高層大氣的氮濃度高於低層大氣的氮濃度這個觀點並不在人們的思考範圍之內。”
後來，他們在試圖獲得資金完成這項研究，但在此之前就陷入了僵局。這個項目被拒絕了三次，因為人們認為這項研究是一個死衚衕。但幸運的是，APL的科學家傑克·威爾遜(Jack Wilson)當時為一個不相關的項目分析了相同的信使號數據，給他們提供了需要的數據，增加了他們對研究結果的信心，並將研究推向了終點。
該團隊在2016年的一次會議上提交了初步結果，俄羅斯聯邦航天局(Russian Federal Space Agency)在Venera-D任務(將對金星大氣和表面進行研究)中引用了他們的研究成果。目前，NASA發現項目的兩項待定任務計劃DAVINCI+和VERITAS也致力於更詳細地研究金星的大氣，這兩項計劃都包括了APL的科學家。
Peplowski和Lawrence說，這個新研究結果強調了研究人員在得出關於大氣數據的結論時需要特別謹慎，尤其是在我們對系外行星大氣的興趣日益增長的情況下。
Peplowski說:“金星是我們的鄰居，而我們目前仍然在瞭解關於金星和金星大氣的基礎知識，但科學家們已經能夠自信地談論數百或數千光年之外的系外行星大氣層了，這一點值得質疑。”
得出嚴謹而令人信服的結論需要大量的數據，但是獲得這些數據有時可能也需要一點運氣。
編譯/前瞻經濟學人APP資訊組
原文：
https://phys.org/news/2020-04-lucky-messenger-upends-long-held-idea.html
