逃离火星：红色星球大气中的惊人发现有助于解释火星之谜

该艺术家的概念描绘了火星早期的环境（右）（据信其中包含液态水和较厚的大气），而今天的火星却处于寒冷干燥的环境（左）。

新亚利桑那大学领导的研究更新了我们对水如何从火星逸出的理解，这不像漏水的水龙头，而是会突然溅出。

火星曾经有海洋，但现在已经干bone了，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上层大气中发现了惊人的大量水，在那里水被迅速破坏，这解释了这一火星神秘现象的一部分。

Shane Stone是UArizona月球和行星实验室的研究生，并且是《科学》杂志上即将发表的新论文的主要作者，他自称是行星化学家。曾经是一名实验室化学家，他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，他一直从事NASA的MAVEN任务，这是火星大气层和挥发分的缩写。MAVEN宇宙飞船于2014年开始在火星上运行，此后一直在记录地球行星邻居的高层大气的组成。

斯通说：“我们知道数十亿年前，火星表面存在液态水。”“一定有一个更浓厚的大气层，所以我们知道火星以某种方式将大部分大气层失去了空间。MAVEN试图描述造成这种损失的过程的特征，其中一部分是确切地了解火星是如何失去水的。”

这项研究的合著者包括UArizona行星科学教授，斯通的研究顾问Roger Yelle，以及来自NASA戈达德太空飞行中心和马里兰州太空科学与技术研究与探索中心的研究人员。

看水

随着MAVEN在火星上运行，它每隔4 1/2小时就会浸入地球的大气层。机载NGIMS仪器（中性气体和离子质谱仪的缩写）一直在火星上层大气中（距行星表面约100英里）测量带电的水分子（称为离子）的丰度。根据这些信息，科学家可以推断出大气中存在多少水。

过去使用MAVEN和哈勃太空望远镜进行的观测表明，火星高空大气层的水分流失随季节而变化。与地球相比，火星绕太阳走的路径更为椭圆形，在夏季，火星南半球最接近太阳。

斯通和他的团队发现，当火星离太阳最近时，行星变暖，并且更多的水（以冰的形式存在于地表）从地表流向高层大气，并在大气层中消失。这种情况每火星年发生一次，或者大约每地球两年发生一次。每火星年在火星上发生的区域性沙尘暴和大约每10年发生在地球上的全球性沙尘暴会导致大气进一步加热，水上升运动激增。

斯通说，使这种周期性运动成为可能的过程与从火星逃逸的经典画面相矛盾，表明它是不完整的。根据经典过程，水形成的冰会转化为气体，并在较低的大气层中被太阳光线破坏。但是，此过程将缓慢而稳定地进行，不受季节或沙尘暴的影响，这与当前的观察结果不符。

斯通说：“这很重要，因为我们根本不希望在火星的高空看到任何水。”“如果我们将火星与地球进行比较，则由于水分滞留，地球上的水被限制在地表附近。它只是大气层中的一层，足够冷以冷凝（并因此阻止）任何向上传播的水蒸气。”

研究小组认为，水流已经超过了火星的湿气现象，而后者可能太热而无法阻止水汽。一旦进入高层大气，水分子就会很快被离子分解（他们计算得出，在四个小时之内），然后这些副产物就会流失到太空中。

“其大气层和水流向太空的丧失是火星与温暖湿润的地球相比处于寒冷和干燥状态的主要原因。Stone表示，MAVEN的最新数据揭示了这种损失至今仍在发生的一种过程。

干燥多尘的世界

当研究小组将其发现推算为10亿年前时，他们发现此过程可以解释大约17英寸深的全球海洋的损失。

斯通说：“如果我们取水并将其均匀地散布在火星的整个表面，那么由于我们描述的新过程而失去的海洋水深将超过17英寸。”“仅由于全球沙尘暴的影响，就会损失6.7英寸。”

在全球沙尘暴期间，可以将20倍以上的水输送到高层大气。例如，一场持续45天的全球沙尘暴向火星释放的水量与火星在平静的火星年（即687个地球日）中损失的水量相同。

而且，尽管斯通和他的团队无法推断出最远超过10亿年的时间，但他认为此过程在此之前可能不一样，因为火星很久以前就具有更强的保湿作用。

斯通说：“在我们描述的过程开始运行之前，一定已经有大量的大气逃逸到太空。”“我们仍然需要确定该过程及其开始运行时的影响。”

将来，斯通想研究土星卫星土卫六的气氛。

斯通说：“钛具有有趣的气氛，在其中有机化学起着重要作用。”“作为一名前合成有机化学家，我渴望研究这些过程。”

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