约翰·霍普金斯大学的杰里米·雷姆 2007年6月5日，美国国家航空航天局信使号宇宙飞船捕捉到的金星
同一天，“信使号”的中子谱仪收集了从金星大气中发射的中子数据，科学家后来意识到这些数据可以揭示大气中氮浓度的细节
学分:美国国家航空航天局/约翰·霍普金斯大学/华盛顿卡内基学院 哲学家尼古拉斯·瑞斯彻曾写道:“科学发现往往不是基于精心设计的调查计划，而是完全靠运气
" 对于马里兰州劳雷尔的约翰·霍普金斯应用物理实验室的一组研究人员来说，这种说法再正确不过了
起初是为了确保美国宇航局水星表面、空间环境、地球化学和测距(MESSENGER)航天器上的仪器正常工作而进行的试运行，后来变成了一个10年的传奇故事，导致了一个与任务目标行星水星无关的偶然发现
这是关于金星和它的大气层
该团队在4月20日的《自然天文学》上报道说，信使号偶然收集的数据显示，金星表面上方约3 0英里处的氮浓度突然上升，表明该行星的大气并不像预期的那样均匀混合
这一发现颠覆了几十年来对金星大气的理解
故事开始于2007年6月，信使号在第二次飞越金星后转向水星
大约六个月后，在真正的表演开始之前，任务仪器小组利用这个机会测试了他们的设备并收集了数据
团队成员中有大卫·劳伦斯，美国粒子物理研究所的核物理学家
他是MESSENGER中子光谱仪的仪器科学家，该光谱仪检测宇宙射线与行星大气或表面分子碰撞释放到空间的中子
它旨在发现水分子中氢原子中子的迹象，这些中子被怀疑(后来被证实)冻结在水星两极的陨石坑阴影中
然而，在金星上空，劳伦斯只想收集一些数据来验证仪器是否正常工作
初步检查显示它有效，数据被提交
但在2010年，劳伦斯重新审视了这些测量结果，这次是和另一位人工臭氧层的核物理学家帕特里克·佩普洛夫斯基一起
尽管50年来向金星发送机器人任务，包括13个大气探测器或着陆器，金星大气中氮浓度的许多不确定性仍然存在，特别是在表面上方30到60英里之间
这让佩普洛夫斯基和劳伦斯感到困惑，因为氮是金星大气中仅次于二氧化碳的第二大分子
劳伦斯说:“不确定性不一定只存在于信使仪器中——它可能存在于整个星球。”
然而，劳伦斯在1962年的一篇论文中指出，中子光谱学可以帮助确定金星大气中的氮浓度
氮相当擅长清除松散的中子，不像碳和氧那样是最糟糕的
所以在金星上，仪器探测到的中子数量应该取决于大气中氮的含量
金星大气中的氮浓度
对MESSENGER数据的新分析显示，金星上云层上方约30英里(50公里)处的氮浓度有所上升，颠覆了氮在各处均匀分布的长期观点
红线是一条趋势线，适用于来自多个任务的数据，包括MESSENGER的数据，这些数据是在35至65英里(60至100公里)高的地方收集的
学分:约翰霍普金斯APL MESSENGER恰好收集了这些信息
这对夫妇运行了一个计算机模拟程序，将这颗行星60英里厚的大气层分成几个波段，在这些波段中，他们可以控制氮的浓度，并真实地模拟有多少中子会流向上方的航天器
当他们将他们的模型与MESSENGER数据进行比较时，他们发现最好的匹配是大气氮占体积的5%，大约1
是大气中测量值的5倍
所有的中子都来自离地表大约35到60英里的区域——正是最不确定的地方
佩普洛夫斯基说:“这在很大程度上是一种运气。”
为什么氮在更高的高度会增加还不知道
佩普洛夫斯基说，他们的发现令人侧目，但不是因为人们被吹走了
佩普洛夫斯基说:“许多科学家似乎很惊讶，这竟然是一件值得研究的事情。”
“高层大气中的氮浓度比低层大气中的氮浓度高的观点超出了人们的想象范围
" 他们之前在试图获得资金来完成这项研究时陷入了僵局
这个项目三次被拒绝拨款，因为它被认为是一个死胡同
幸运的是，他们需要这些数据来对自己的结果充满信心，并推动他们的研究越过终点线。杰克·威尔逊是一名人工臭氧层科学家，他碰巧正在为一个不相关的项目分析相同的MESSENGER数据
在该小组在2016年的一次会议上展示了初步结果后，俄罗斯联邦航天局引用了他们在Venera-D任务中研究金星大气和表面的工作
目前，美国国家航空航天局的探索计划正在考虑两项任务提案——达芬奇+和维尔软件公司，这两个公司的团队中都有人工臭氧层科学家——也旨在更详细地研究金星的大气层
佩普洛夫斯基和劳伦斯说，这一新结果强调了研究人员在对大气数据得出结论时需要谨慎，尤其是随着对其他太阳系行星大气的兴趣越来越大
佩普洛夫斯基说:“我们仍在学习有关金星及其大气层的基础知识，它是我们的隔壁邻居。”
“科学家能够自信地谈论数百或数千光年以外的系外行星的大气层，这一点值得质疑
" 得出严谨而令人信服的结论需要大量的数据
但是获得这些数据有时可能只需要一点点好运
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