咱人類對(duì)火星的好奇，那可真是由來(lái)已久。火星和地球同處太陽(yáng)系宜居帶，作為地球的近鄰，它獨(dú)特的地貌和與地球類似的一些物理特性，一直吸引著我們。科學(xué)家老早就琢磨，火星會(huì)不會(huì)是人類未來(lái)移民的首選星球呢？而要弄清楚人類能不能在火星生存，火星的水和大氣狀況，絕對(duì)是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。
大約 40 億年前，火星可不是現(xiàn)在這副干旱模樣。那時(shí)候，火星可溫暖濕潤(rùn)了，有比較厚的大氣層，地面還有河水流淌。你能想象嗎？火星也曾有機(jī)會(huì)孕育出生命呢！可如今，火星特別干旱，到處是火山、沙漠還有干燥的裂谷，液態(tài)水根本沒(méi)法在火星表面穩(wěn)定存在。為啥呢？主要就是火星大氣層又冷又薄，保不住水分。但從探測(cè)器發(fā)回來(lái)的圖片，我們能看到火星表面有河床、三角洲、峽谷還有湖盆這些地貌，很可能是地表水活動(dòng)形成的，這說(shuō)明遠(yuǎn)古時(shí)期的火星，地表水那叫一個(gè)豐富，對(duì)火星地形塑造起了大作用。
那火星表面的水是咋消失的呢？科學(xué)界目前有兩種說(shuō)法。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，火星表面的水以沉積巖的形式，存在于火星地表下面了。還有一種觀點(diǎn)覺(jué)得，火星沒(méi)有全球性偶極磁場(chǎng)保護(hù)，太陽(yáng)風(fēng)那叫一個(gè)強(qiáng)烈，再加上輻射，一點(diǎn)點(diǎn)把火星大氣給剝奪了。水經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、電離變成帶電粒子，順著火星磁力線，就逃出火星大氣了。
“火星快車” 探測(cè)器上搭載的探測(cè)雷達(dá)系統(tǒng)，對(duì)火星地表下面進(jìn)行了精細(xì)探測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在火星南極高原冰蓋下 1.5 千米深處，有個(gè)直徑 20 千米的湖泊。這說(shuō)明啥？火星表層深處可能藏著更多穩(wěn)定的液態(tài)水，也就意味著火星有適合微生物這類生命體生存的條件。2011 年，美國(guó) “火星勘察軌道器” 搭載的高分辨率成像儀，拍到火星表面或亞表層有季節(jié)性斜坡紋線。經(jīng)過(guò)光譜分析，這些區(qū)域的礦物是先溶于水，然后沉淀富集形成的，這可是現(xiàn)今火星存在液態(tài)水的有力證據(jù)。2018 年，有研究團(tuán)隊(duì)對(duì)火星中緯度地區(qū)的八處斷崖地貌研究后發(fā)現(xiàn)，火星中緯區(qū)域地下 1 到 2 米，甚至 100 多米的地方，有大量純凈水冰。
前面提到火星大氣被太陽(yáng)風(fēng)剝奪這事兒，其實(shí)火星大氣層不是一開始就有的，是在火星演化過(guò)程中，火星內(nèi)部脫氣形成的次生大氣層。以前，火星被厚厚的大氣層籠罩，現(xiàn)在卻變得特別稀薄。2013 年 11 月，NASA 發(fā)射了 “火星大氣與揮發(fā)物演化任務(wù)” 探測(cè)器，就為了調(diào)查火星大氣失蹤之謎，找找火星早期的水和二氧化碳跑哪去了。探測(cè)器入軌一年后，NASA 給出了火星大氣層稀薄的兩大原因。
一是磁層作用影響大氣層。咱地球有內(nèi)稟磁場(chǎng)，太陽(yáng)風(fēng)跟地球磁層相互作用，形成磁層頂，就像給地球撐了把 “保護(hù)傘”，能擋住太陽(yáng)風(fēng)和宇宙輻射射線，防止地球大氣逃逸。可火星磁場(chǎng)太弱了，只有地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的萬(wàn)分之一，太陽(yáng)風(fēng)能直接沖到火星，“攻擊” 火星大氣層，NASA 就說(shuō)，是太陽(yáng)風(fēng)把火星大氣層給 “偷走” 了。
二是引力束縛影響大氣層。引力大小會(huì)影響分子的逃逸速度，火星逃逸速度大概是 5.03 千米每秒。太陽(yáng)風(fēng)的帶電粒子撞擊大氣層里的分子，讓分子速度變得更快，大量氣體就從火星大氣層跑出去了。現(xiàn)在火星大氣層分低層和高層，主要成分是二氧化碳，占比 95.32%，氧氣只占 0.13%。火星大氣逃逸主要發(fā)生在三個(gè)區(qū)域：太陽(yáng)風(fēng)吹到火星背面，這部分占大氣逃逸總量的 75%；極區(qū)上空，大概占 25%；繞火星的延展云層，只占很小一部分。
火星磁場(chǎng)消失，不僅讓太陽(yáng)風(fēng)吹跑了部分大氣，一些水也跟著沒(méi)了。現(xiàn)在火星干旱得很，火星風(fēng)還有塵暴特別頻繁，火星風(fēng)平均風(fēng)速能達(dá)到 4.3 米每秒，在地形交界處，風(fēng)速能飆到 50 米每秒，還經(jīng)常伴隨著強(qiáng)烈塵暴，這就加速了火星大氣的劇烈運(yùn)動(dòng)和逃逸。
還有啊，科學(xué)家通過(guò)研究火星水的化學(xué)成分，也發(fā)現(xiàn)了一些大氣水分流失的線索。火星水資源有特殊的化學(xué)成分，水有不同 “同位素”，像半重水 HDO，就是一個(gè)氫原子被氘原子取代，氘原子比氫原子重兩倍，因?yàn)樗雍死锍速|(zhì)子，還有個(gè)中子。早在上世紀(jì) 80 年代測(cè)量就顯示，火星水分里氘的相對(duì)濃度是地球的 6 倍，科學(xué)家覺(jué)得這是火星水失去氫造成的，氫沒(méi)了，較重的氘同位素就結(jié)合形成了半重水。
歐洲航天局微量氣體軌道飛行器任務(wù)的最新數(shù)據(jù)揭示了水流失到太空的機(jī)制。原來(lái)，火星低層水氣里的水和半重水，先到達(dá)高層大氣，然后分解成原子，最后逃逸到太空。這里面，光解作用起了主要作用，就是在紫外光照射下，水分子被分解，釋放出氫或者氘原子。
這么看來(lái)，火星水和大氣消失，是多種因素共同作用的結(jié)果。火星磁場(chǎng)消失，太陽(yáng)風(fēng) “乘虛而入”，引力小留不住大氣分子，再加上光解作用等讓水分逃逸。對(duì)火星水和大氣消失之謎的研究，不僅能讓我們更了解火星的演化，說(shuō)不定還能給我們保護(hù)地球環(huán)境帶來(lái)啟示呢。
好啦，今天關(guān)于火星水和大氣消失之謎就聊到這兒。大家要是覺(jué)得這內(nèi)容有意思，就動(dòng)動(dòng)發(fā)財(cái)小手，點(diǎn)贊關(guān)注走一波，保準(zhǔn)你往后好運(yùn)連連，干啥都順！
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