火星離太陽越近，泄漏速度越快 _火星

哈勃望遠鏡幫助揭示了火星失水的速度有多快。（圖片來源：NASA/ESA/STScI/John T.Clarke（波士頓大學）。）
據美國太空網（Keith Cooper）：哈勃太空望遠鏡和美國國家航空航天局火星大氣和揮發性演化（MAVEN）任務之間的一項聯合研究表明，季節變化會對火星向太空失水的速度產生巨大影響。
30多億年前，火星溫暖濕潤，表面有大片水體，大氣層更厚。然而，今天的火星荒涼、寒冷、干燥。那么，這些水怎么了？
波士頓大學的約翰·克拉克在一份聲明中說：“水只能流向兩個地方。” 。“它可以凍結在地下，或者水分子可以分解成原子，原子可以從大氣層頂部逃逸到太空中。”
火星上仍有大量的水。巨大的水庫似乎被深埋在地下11.5至20公里（7.1至12.4英里）的深處。火星內部有足夠的水，可以形成1到2公里（0.62到1.24英里）之間的全球等效層（GEL，本質上是指它將形成一個覆蓋整個星球的海洋的深度）。
相對少量的水冰也被鎖定在淺層永久凍土和火星極地冰蓋中。在火星的夏季，這些冰會升華，將水蒸氣排放到大氣中。大部分水蒸氣在兩極之間循環，在冬季所在的半球凍結，但有些水蒸氣位于高層大氣中，在那里太陽紫外線可以使H2O水分子光解，將其分解為組成原子。水中的氧氣最終要么氧化火星表面的物質（因此，火星看起來呈鐵銹紅色），要么與碳結合形成二氧化碳。與此同時，氫原子（或其較重的同位素對應物氘）可以逃逸到太空中（如果它們的能量足以達到逃逸速度），并被太陽風帶走。
MAVEN于2014年抵達火星，其任務是測量這種氫氣逃逸。

在這些哈勃太空望遠鏡拍攝的這顆紅色星球的圖像中，比較了火星大氣層的厚度及其在近日點和遠日點的水分損失。（圖片來源：NASA/ESA/STScI/John T.Clarke（波士頓大學）。）
因為氘是氫的一種重形式，不容易逃離火星大氣層，這意味著火星大氣層中氘與氫的比例（D/H）是關鍵，隨著時間的推移，氘相對于氫的豐度會隨著氫的流失速度的加快而增加。由于地球和火星被認為是從同一來源獲得水的，因此30億至40億年前火星上水的原始D/H比應該與今天地球上的水相同。今天火星上的D/H比大約是地球上的8到10倍。測量結果存在一定的模糊性，但通過將原始火星的水比率與今天的比率進行比較，同時考慮氫和氘在太空中的損失率，可以向后推斷并計算火星在其歷史上可能損失了多少水。
根據MAVEN之前的觀測，火星已經向太空失去了足夠的水，形成了數十至數百米深的凝膠。結合最近在火星內部發現的大量水，這意味著這顆紅色星球在遙遠的過去富含水。
然而，在哈勃太空望遠鏡的幫助下，MAVEN現在發現了火星失水故事中一些意想不到的復雜性。這些儀器共同表明，氫的損失率是季節性的，近日點的逃逸率大幅增加，近日點是火星繞太陽軌道上最近的點。這與季節性加熱引起的水汽向中層大氣的強烈上升流相吻合。在近日點，火星的南半球向太陽傾斜，這顆紅色星球被一年一度的沙塵暴季節吞沒；空氣中的灰塵會導致大氣加熱和水蒸氣含量。
在近日點，MAVEN測量到高層大氣中氘和氫的密度分別比遠日點高出約5倍和20倍，遠日點是火星在橢圓（細長而非圓形）軌道上距離太陽最遠的點。在遠日點，氘的損失非常微弱，以至于MAVEN甚至沒有足夠的靈敏度來檢測到它。這就是哈勃太空望遠鏡必須發揮作用的地方，填補空白。觀測結果還表明，氘和氫在近日點的逃逸率分別比在遠日點高10到100倍。事實上，氘和氫在近日點逃逸得如此之快，以至于唯一限制它們的是大氣中可用的水蒸氣量。
克拉克說：“近年來，科學家們發現火星的年周期比人們10年或15年前預期的要動態得多。整個大氣層非常動蕩，在短時間內，甚至在幾個小時內升溫和降溫。隨著火星太陽亮度在火星一年內變化40%，大氣層會膨脹和收縮。”
在解釋氘損失時，這確實提出了一個難題，氘損失似乎比普通熱逃逸的預期更大，在普通熱逃逸中，氘原子的溫度足夠高，可以攜帶進入太空所需的能量。為了提高氘的損失率，使其與火星上觀測到的D/H比相匹配，需要從某個地方向大氣中額外注入能量。這可能來自太陽風上的質子進入大氣層并與氘原子碰撞，或者來自太陽紫外線的化學反應，這些反應可以給氘額外的刺激。
該發現于7月26日發表在《科學進展》雜志上。

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