火星曾与地球如斯相像，那水都去哪里了？天文学家给出谜底

最后的恐龙

新数据找到火星水隐没的机密


火星的北极圈，由美国宇航局火星轨道勘探航行器拍摄（图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS）
火星以其淡薄的大气层而闻名，其中二氧化碳占领主导位置，并为火星提供了大部份的大气品质和压力。事实上，这类压力与地球平流层中的压力类似。而平流层是大气层的一层，位于地表以上30多千米处。


然而水呢？目前在火星外表发现的水是北极的一层冰——大略几千米厚。它在一年中最冷的时分也表示为时节性霜冻，在大气中表示为蒸汽和冰。但是，与地球比拟，火星大气十分枯燥，水量少了大约100倍。虽然地球上的降水会造成几厘米厚的水层，但积淀在火星上的水只会造成不到一毫米的薄膜。
如今，新数据解释了火星上（简直）没有水的缘故。


水从火星大气中逸出
有证据标明，火星其实不始终是咱们明天视察到的冰冷、干旱的星球。在边远的过来——大约40亿年前，有少量证据标明火星外表存在水。那时，液态水在大溪流中活动，并以水池或湖泊的方式停滞不前，例如毅力号火星车探究的杰泽罗陨石坑中，能够找到那时水的踪影。


杰泽罗陨石坑，毅力号于2021年2月拍摄，在边远的过来它曾是一个湖泊。（图片来源：NASA/JPL-Caltech）
可以让液态水循环，并留下这些痕迹，水一定在地表停留了足够长的时间，火星上也确定存在与咱们明天看到的彻底不同的气象。火星、地球和金星极可能是由相反的根本物资逐步积攒造成的，这象征着它们在历史初期一定有很大的类似的地方。然而，虽然地球和金星保存了大部份厚厚的大气层，但火星因为体积小和重力低，曾经失去了大部份大气层。


这类“气体向太空流失”的说法有助于解释目前火星大气层的软弱性。这类损失产生在大气中十分高之处，超过了200千米。那里的份子曾经合成成原子，而像氢这样最轻的份子，因为火星的引力强劲，很容易被撕裂，进而袒露在太阳风的高能粒子下，火星的外逸层（大气层的下层）使得至关于明天数百个大气层的大气流失到太空中。
新数据
颁发在《天然天文学》杂志上的一篇文章暴-露了水流失到太空面前的奥妙机制，这一数据来自欧空局微量气体轨道航行器工作。


火星水拥有十分特殊的化学成份。水有不同的“同位素”——在半重水HDO中，一个氢原子能够被一个氘（D）原子取代。氘原子的重量是氢的两倍，它的原子核中除了质子外，还有一个称为中子的粒子。追溯到1980年代的丈量数据标明，火星水的氘相对于浓度是地球上的六倍。这是由于氢的损失致使了较重同位素的留存。
经过揣测，火星上最后的水量确定是当初的六倍，至关于掩盖了大约100米厚的液体层。半重水的这一比例有助于咱们理解火星的年老形态，或许火星已经具有和煦湿润的气象。这一假定是火星可寓居性的先决前提。


微量气体轨道器获取的这些后果能够告知咱们，低层大气中的水和半重水是如何抵达高层大气，并合成成能够逃逸到太空的原子的。最特别的是，它还能够告知咱们更多对于氢和氘进入外逸层的两头进程。
在过来的20年中，有两种实践标明氢和氘无奈像在低层大气水份子中那样抵达外逸层。但是，能够完成它的两头进程有两个：一是冷凝（水蒸气变为液态水）造成火星水冰云；二是光解，在紫内线的作用下能够合成水份子，并释放氢或氘原子。
比来的钻研暴-露，冷凝实际上在逸散层的氘含量中起主要作用。借助火星微量气体探测轨道卫星的大气化学套件仪器及其对H20和HDO的同时丈量，咱们可以展现氢和氘原子的来源。这一点尤其首要，由于这些原子所处的时间和空间使得冷凝没无机会搅扰光解。
事实证实，光解是氢氚原子进入外逸层的次要进程：它发生了大部份原子，并抉择了从火星高层大气中逸出的氢原子同位素分馏。


这类对致使水流失到太空进程的新意识是追溯火星水历史的一个症结里程碑。只要微量气体轨道器卫星可以暴-露H2O和HDO的联结浓度。但美国宇航局卫星MAVEN可以视察和形容外逸层中的氢和氘种群。
这两项工作的独特作用开辟了一条新的钻研畛域，它为迷信家形容火星下水的残缺门路——从低层大气到最高层大气，再到太空——提供了思绪。只要具体理解这条门路，迷信家能力暴-露火星过来数十亿年的水历史，并证明火星过来的可寓居性。
BY:Frank Montmessin
FY:董美慧
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