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逃离火星:水是如何逃离红色美国十次超级大导航星球的

天文学与空间 2022-05-06 00:01:06

亚利桑那大学的米卡伊拉·梅斯 这位艺术家的概念描绘了早期火星环境(右)——据信包含液态水和较厚的大气层——与今天在火星上看到的寒冷、干燥的环境(左)形成对比

信用:美国宇航局戈达德太空飞行中心 火星曾经有海洋,但现在已经干透了,这让许多人想知道水是如何流失的

亚利桑那大学的研究人员在火星高层大气中发现了令人惊讶的大量水,并在那里被迅速摧毁,这解释了火星之谜的一部分

肖恩·斯通是夏威夷月球和行星实验室的研究生,也是今天发表在《科学》杂志上的一篇新论文的主要作者,他自称是一名行星化学家

他曾经是一名实验室化学家,帮助开发了可以更有效地包裹和输送治疗药物的聚合物,现在他研究行星大气的化学

自2014年以来,他一直在美国宇航局的MAVEN任务中工作,简称火星大气和挥发性进化

MAVEN宇宙飞船于2014年开始绕火星运行,从那以后一直记录着地球行星邻居的高层大气成分

“我们知道几十亿年前,火星表面有液态水,”斯通说

“一定有更厚的大气层,所以我们知道火星不知何故失去了大部分的大气层

MAVEN试图描述造成这种损失的过程,其中一部分是准确理解火星是如何失去水分的

" 这项研究的共同作者包括罗杰·耶勒,一位夏威夷行星科学教授和斯通的研究顾问,以及来自美国宇航局戈达德太空飞行中心和马里兰州空间科学与技术研究与探索中心的研究人员

守望水 当MAVEN围绕火星运行时,它每4.5小时就会潜入火星大气层

机载NGIMS仪器,是中性气体和离子质谱仪的简称,一直在测量火星上层大气(离行星表面约100英里)中被称为离子的带电水分子的丰度

根据这些信息,科学家可以推断出大气中有多少水

过去使用微型飞行器和哈勃太空望远镜的观测表明,火星上层大气的水分流失随着季节而变化

与地球相比,火星环绕太阳的路径更像椭圆形,在火星南半球的夏天离太阳最近

斯通和他的团队发现,当火星离太阳最近时,行星变暖,更多的水——以冰的形式存在于表面——从表面移动到高层大气,在那里消失在太空中

这种情况每火星年发生一次,或者大约每两年一次

火星上每年发生的区域性沙尘暴和大约每10年发生一次的全球性沙尘暴导致了大气的进一步加热和水的上升运动

斯通说,使这种周期性运动成为可能的过程与水从火星逃逸的经典图像相矛盾,表明它是不完整的

根据经典过程,水冰被转化为气体,并被低层大气中的太阳光线破坏

然而,这个过程将会是一个缓慢而稳定的涓涓细流,不受季节或沙尘暴的影响,这与目前的观测结果不一致

斯通说:“这很重要,因为我们根本没想到会在火星的高层大气中看到任何水。”

“如果我们把火星比作地球,地球上的水被限制在靠近表面的地方,因为有一种叫做潮顶的东西

它只是大气中的一层,冷到足以凝结(并因此阻止)任何向上流动的水蒸气

" 该小组认为,水正在越过火星的湿顶,湿顶可能太热,无法阻挡水蒸气

一旦进入高层大气,水分子会很快被离子分解——据他们计算,在四个小时内——然后副产品会消失在太空中

“与温暖潮湿的地球相比,火星的大气和水向太空流失是火星寒冷干燥的主要原因

来自MAVEN的新数据揭示了这种损失至今仍在发生的一个过程,”斯通说

干燥多尘的世界 当研究小组将他们的发现追溯到10亿年前时,他们发现这个过程可以解释大约17英寸深的全球海洋的损失

斯通说:“如果我们把水均匀地分布在火星的整个表面,由于我们描述的新过程而流失到太空中的水将超过17英寸深。”

“另外6个

仅仅由于全球沙尘暴的影响,就会损失7英寸

" 在全球沙尘暴期间,有20倍多的水可以被输送到高层大气

例如,一场持续45天的全球沙尘暴向太空释放的水量与火星在平静的火星年或687个地球日期间损失的水量相同

虽然斯通和他的团队不能推断出10亿年前的情况,但他认为这个过程在那之前可能不一样了,因为火星很久以前可能有过更强的湿度暂停

斯通说:“在我们描述的过程开始运作之前,一定已经有大量大气逃逸到太空了。”

“我们仍然需要确定这一过程的影响以及它开始运作的时间

" 在未来,斯通想研究土星的卫星泰坦的大气

斯通说:“泰坦有一个有趣的大气层,有机化学在其中扮演着重要的角色。”

“作为一名前合成有机化学家,我渴望研究这些过程

"

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