為啥火星水很少

談及火星我們并不陌生，隨著人類科技的發(fā)展，火星神秘的面紗也逐漸被我們揭開，火星探測器成功著陸火星，使人類對火星有了更深層次的了解。火星大氣層稀薄，二氧化碳占主導(dǎo)地位，并存在一定大氣質(zhì)量和氣壓，使人疑惑的是，為啥火星水很少？

目前，火星北極發(fā)現(xiàn)幾千米厚的冰層，在每年最冷時(shí)期，火星北極會出現(xiàn)季節(jié)性霜凍結(jié)構(gòu)，同時(shí)大氣中的水分以蒸汽和冰的形式存在。然而，與地球相比，火星大氣極其干燥，水含量不足地球的百分之一，地球降水會在地面上形成幾厘米深的水層，而火星降水僅在表面形成不足 1 毫米的水膜。

隨著科學(xué)家近年來對火星展開深入探索分析，相繼獲得的發(fā)現(xiàn)讓人們對火星水產(chǎn)生深刻認(rèn)識，但為什么迄今為止我們發(fā)現(xiàn)火星水資源仍較少呢？

水分從火星大氣中逸出

證據(jù)表明，火星遠(yuǎn)古時(shí)期并非現(xiàn)今所觀察到的這樣寒冷、干旱，科學(xué)家推測，在遙遠(yuǎn)的過去——大約 40 億年前，火星表面存在水。在那個(gè)時(shí)候，液態(tài)水以大溪流的形式流動，并以池塘或者湖泊的形式停滯，就像 " 毅力號 " 探測車為尋找歷史生命痕跡而展開探索的杰澤羅隕坑。

要使液態(tài)水在火星表面循環(huán)并停留足夠長的時(shí)間而產(chǎn)生這些痕跡，其氣候特征必然與當(dāng)前我們看到的火星氣候完全不同。火星、地球和金星很可能是由相同的基本物質(zhì)逐漸積累而成的，這意味著這幾顆行星在形成早期一定存在非常相似的特征。然而，現(xiàn)今它們存在較大的差異，地球和金星擁有密集的大氣層，由于火星體積小、重力低，現(xiàn)已失去大部分大氣層。

正是這種 " 氣體向太空流失 " 的理論有助于解釋火星大氣層當(dāng)前的脆弱性，火星大氣水分流失發(fā)生在距離地球 200 千米的高空大氣，在那里大氣分子已分解成原子，像氫這樣最輕的分子可以脫離火星的弱引力作用，火星外逸層（大氣層頂端）暴露在太陽風(fēng)的高能粒子輻射中，使相當(dāng)于現(xiàn)今火星大氣層的數(shù)百倍質(zhì)量逃逸至外太空。

光解作用對于火星大氣水分逃逸起到主要作用

近期，歐洲航天局微量氣體軌道飛行器（TGO）任務(wù)的最新數(shù)據(jù)發(fā)表在《自然天文學(xué)雜志》上，揭示了水流失至太空中的微妙機(jī)制。

火星水資源有一種非常特殊的化學(xué)成分，水有不同的 " 同位素 "，例如：在半重水 HDO 中，一個(gè)氫原子可以被一個(gè)氘原子（D）取代，氘原子的重量是氫的兩倍，因?yàn)樗脑雍酥谐速|(zhì)子之外，還有一個(gè)叫做中子的粒子。早在上世紀(jì) 80 年代的測量數(shù)據(jù)顯示，火星水分的氘相對濃度是地球的 6 倍，科學(xué)家認(rèn)為這是火星水失去氫的結(jié)果，當(dāng)失去氫后，較重的氘同位素結(jié)合形成半重水。

依據(jù)科學(xué)推斷，火星早期的含水量是現(xiàn)今的 6 倍，相當(dāng)于覆蓋地球表面大約 100 米厚的液體層。這暗示著半重水的比例對于洞察火星早期含水量，以及闡明火星遠(yuǎn)古時(shí)期曾擁有溫暖潮濕氣候是非常重要的，該特征是適宜生命存活的先決條件。

微量氣體軌道飛行器的勘測結(jié)果告訴我們火星低層水氣中的水和半重水是如何到達(dá)高層大氣并分解成原子，然后最終逃逸至太空，特別是它將揭曉更多關(guān)于氫和氘進(jìn)入外逸層的中間過程。

在過去 20 年里，有兩種理論認(rèn)為，氫和氘到達(dá)外逸層的比例與它們在低大氣中水分子的比例不同，然而，能夠?qū)崿F(xiàn)這一過程的中間環(huán)節(jié)是凝結(jié)（水蒸汽變成液態(tài)水），這形成了火星水冰層，以及光解作用，在紫外光照射作用下，光解作用分解水分子，并釋放出一個(gè)氫或者氘原子。

近期最新研究表明，實(shí)際上凝結(jié)過程對外逸層氘含量起到次要作用，基于微量氣體軌道飛行器的大氣化學(xué)分析儀器，以及對水和半重水的同步測量，能夠揭曉火星氫和氘原子的來源。考慮到火星海拔和季節(jié)特征，冷凝不會干擾光解作用，這一點(diǎn)非常重要。

結(jié)果表明，光解作用對于火星大氣水分逃逸起到主要作用，光解作用的主要環(huán)節(jié)是：產(chǎn)生大部分原子，并決定了從火星上層大氣逃逸的氫原子的同位素分離。

這項(xiàng)關(guān)于水流失至外太空過程的最新認(rèn)識，是探索火星表面水循環(huán)歷史的一個(gè)重要里程碑，僅有微量氣體軌道飛行器能夠揭曉水和半重水的結(jié)合濃度，但是美國宇航局人造衛(wèi)星 MAVEN 能夠觀察和描繪外逸層中的氫和氘。

最新研究對科學(xué)家?guī)砹诵碌奶剿鞣较颍兄诳茖W(xué)家描述火星水資源完整的演變路徑——從低層大氣至高層大氣，再到外太空。只有對該路徑的詳細(xì)了解，才能讓科學(xué)家對幾十億年前火星水資源的歷史發(fā)展產(chǎn)生全面認(rèn)識，并證實(shí)火星早期是否具備生命適宜性。

以上就是小編今天的分享，希望可以幫助到大家。

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