热量和灰尘帮助将火星水送入大气中，并输给了太空

该图显示了火星大气层中的水量随季节而变化。在南部和春季春季和夏季发生的全球和区域性沙尘暴期间，水量激增。

科学家在NASA的“火星大气层”和“易挥发的火山”或“ MAVEN”上使用了一种仪器，他们发现红色星球表面附近的水蒸气比任何人想象的要高得多地散布到大气中。在那里，它很容易被带电的气体颗粒（或离子）破坏，并流失到太空中。

研究人员说，他们发现的现象是导致火星在数十亿年内失去相当于数百英尺（或数百米）的全球水域的几种现象之一。研究人员在2020年11月13日的《科学》杂志上报告了他们的发现，研究人员说，由于在温暖的季节从冷冻的北极帽升华之后，蒸汽被输送到高海拔地区，今天的火星仍在继续失水。

“我们都惊讶地发现大气中的水如此高，”亚利桑那大学月球与行星实验室位于图森的行星科学博士生Shane W. Stone说道。“我们使用的测量值可能仅来自MAVEN，因为它是在火星大气层中高升的，而火星大气层位于行星表面上方。”

为了做出发现，斯通和他的同事们依赖于MAVEN中性气体和离子质谱仪（NGIMS）的数据，该仪是由位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心开发的。质谱仪会吸入空气，并根据其质量分离出组成它的离子，这就是科学家识别它们的方式。

斯通和他的团队追踪了火星上超过两年的火星上大量的水离子。通过这样做，他们确定在南半球夏季，大气层顶部约93英里（或150公里）处附近大气层顶部的水蒸气量最高。在此期间，地球距离太阳最近，因此变暖，更有可能发生沙尘暴。

下图显示了正常情况下与区域或全球沙尘暴期间相比，火星上的水分流失情况。

夏季温暖的温度和与沙尘暴相关的强风帮助水蒸气到达大气的最上部，在该处很容易将其分解成氧气和氢气。氢和氧然后逃逸到太空。以前，科学家认为水蒸气像在地球上一样被困在火星表面附近。

斯通说：“在火星或地球上，任何构成大气层的东西都被破坏了，因为这是大气层中暴露于太阳全力的部分。”

研究人员在2018年6月的两天内测量了比平常多20倍的水，当时一场严重的全球沙尘暴笼罩了火星（那是使NASA的“机会漫游者”号停运的原因）。斯通和他的同事们估计，在这场暴风雨中，火星在45天之内失去的水量与整个火星年（通常持续两个地球年）的损失一样多。

“我们已经证明，沙尘暴会中断火星上的水循环，并将水分子推向更高的位置，在大气中，化学反应会释放出氢原子，然后氢原子会丢失，”太阳系探索部主任保罗·马哈菲（Paul Mahaffy）说道。 NASA Goddard和NGIMS首席研究员。

其他科学家还发现，火星沙尘暴可以将水汽抬升至地表以上。但是直到现在，还没有人意识到水会一直流到大气层的最高处。大气层中存在丰富的离子，它们能使水分子分解的速度比在较低水平下被破坏的速度快10倍。

MAVEN NGIMS仪器的戈达德行星科学家，科学家Mehdi Benna说：“这项发现的独特之处在于，它为我们提供了一条我们认为不存在的水可以逃离火星环境的新途径。”“它将从根本上改变我们对今天逃逸的水量和过去逃逸的速度的估计。”

参考：Shane W. Stone，Roger V.Yelle，Mehdi Benna，Daniel Y. Lo，Meredith K.Elrod和Paul R. Mahaffy撰写的“季节性和沙尘暴的水驱使氢从火星逸出”，2020年11月13日，科学.DOI：
10.1126 / science.aba5229

这项研究是由MAVEN任务资助的。MAVEN的主要研究人员位于科罗拉多大学博尔德分校的大气与空间物理实验室，而NASA Goddard管理着MAVEN项目。