火星太小，不能留存水

火星的故事可能包含有關(guān)行星可居住性的基本事實(shí)。

藝術(shù)家對(duì)與地球地表水相似的火星的描繪。紅色星球在遠(yuǎn)古時(shí)代是一個(gè)潮濕的世界。

藝術(shù)家描繪的火星與地球般的地表水。紅色星球在遠(yuǎn)古時(shí)代是一個(gè)潮濕的世界。 （圖片來(lái)源：NASA 地球觀測(cè)站/Joshua Stevens；NOAA 國(guó)家環(huán)境衛(wèi)星、數(shù)據(jù)和信息服務(wù)；NASA/JPL-Caltech/USGS；Sean Garcia/華盛頓大學(xué)平面設(shè)計(jì)）

一項(xiàng)新的研究表明，火星因其體積小而注定會(huì)失水。

根據(jù)美國(guó)宇航局好奇號(hào)和毅力號(hào)漫游車(chē)等機(jī)器人探險(xiǎn)家的觀察，科學(xué)家們得知，在古代，液態(tài)水流過(guò)火星表面：這顆紅色星球曾經(jīng)擁有湖泊、河流和溪流，甚至可能是覆蓋其北半球大部分地區(qū)的巨大海洋。

但是大約 35 億年前，地表水幾乎全部消失，與大部分火星大氣一起消失在太空中。科學(xué)家們認(rèn)為，這種劇烈的氣候變化發(fā)生在這顆紅色星球失去其全球磁場(chǎng)之后，該磁場(chǎng)保護(hù)火星的空氣不被來(lái)自太陽(yáng)的帶電粒子帶走。

但根據(jù)這項(xiàng)新研究，這一直接原因背后有一個(gè)更根本的驅(qū)動(dòng)因素：火星太小，無(wú)法長(zhǎng)期保持地表水。

“火星的命運(yùn)從一開(kāi)始就決定了，”該研究的合著者、圣路易斯華盛頓大學(xué)地球與行星科學(xué)助理教授王坤在一份聲明中說(shuō)。 “巖石行星的大小要求可能存在一個(gè)閾值，以保留足夠的水以實(shí)現(xiàn)宜居性和板塊構(gòu)造。”科學(xué)家們認(rèn)為，這個(gè)閾值比火星還大。

由王坤實(shí)驗(yàn)室的研究生甄田領(lǐng)導(dǎo)的研究小組探測(cè)了 20 顆火星隕石，他們選擇這些隕石來(lái)代表這顆紅色星球的整體組成。研究人員測(cè)量了這些地外巖石中各種鉀同位素的豐度，這些巖石的年齡從 2 億年到 40 億年不等。 （同位素是在其原子核中包含不同數(shù)量中子的元素類(lèi)別。）

田和她的同事使用鉀（化學(xué)符號(hào) K ）作為更多“揮發(fā)性”元素和化合物的示蹤劑——像水這樣的東西，它在相對(duì)較低的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?。他們發(fā)現(xiàn)火星在形成過(guò)程中損失的揮發(fā)物比地球多得多，地球的質(zhì)量大約是紅色星球的九倍。但是火星比月球和 329 英里寬（530 公里）的小行星灶神星更好地保持其揮發(fā)物，這兩個(gè)小行星都比紅色星球更小、更干燥。

“分化行星中揮發(fā)性元素及其化合物的豐度遠(yuǎn)低于原始未分化隕石的原因一直是一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，”華盛頓大學(xué)地球與行星科學(xué)研究教授、共同作者 Katharina Lodders 在同一份聲明中說(shuō)。（“分化”是指一個(gè)天體，其內(nèi)部已經(jīng)分成不同的層，如地殼、地幔和地核。）

“K同位素組成與行星重力相關(guān)性的發(fā)現(xiàn)是一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)，對(duì)分化的行星何時(shí)以及如何接收和失去揮發(fā)物具有重要的定量意義，”洛德斯說(shuō)。

這項(xiàng)新研究于今天（9 月 20 日）在線(xiàn)發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》雜志上，之前的研究表明，小體積對(duì)可居住性來(lái)說(shuō)是雙重打擊。矮腳雞行星在形成過(guò)程中會(huì)失去大量水分，它們?nèi)蚍秶拇艌?chǎng)也相對(duì)較早地關(guān)閉，導(dǎo)致大氣變薄。（相比之下，地球的全球磁場(chǎng)仍然較強(qiáng)，由我們星球深處提供動(dòng)力。）

團(tuán)隊(duì)成員說(shuō)，這項(xiàng)新工作還可以應(yīng)用于我們自己的宇宙之外。

“這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)，行星的大小范圍非常有限，只有足夠但不會(huì)太多的水來(lái)發(fā)展宜居的地表環(huán)境，”瑞士伯爾尼大學(xué)空間與可居住性中心的合著者克勞斯·梅茲格在同一份聲明中說(shuō)?！斑@些結(jié)果將指導(dǎo)天文學(xué)家在其他太陽(yáng)系中尋找可居住的系外行星?！?/p>

在任何關(guān)于可居住性的討論中，“地表環(huán)境”免責(zé)聲明都是重要的。例如，科學(xué)家們認(rèn)為，現(xiàn)代火星仍然支持著可能維持生命的地下含水層。木星的歐羅巴和土星的土衛(wèi)二等衛(wèi)星在其冰雪覆蓋的表面下?lián)碛芯薮蟮?、可能維持生命的海洋。

在任何關(guān)于可居住性的討論中，“地表環(huán)境”免責(zé)聲明都是重要的。例如，科學(xué)家們認(rèn)為，現(xiàn)代火星仍然支持著可能維持生命的地下含水層。木星的歐羅巴和土星的土衛(wèi)二等衛(wèi)星在其冰雪覆蓋的表面下?lián)碛芯薮蟮?、可能維持生命的海洋。

BY: Mike Wall

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