火星水分损失由季节和风暴形成

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火星水损失

火星已经失去了大部分水,在地球的氛围中剩下少量。

ESA的Mars Express现在透露了更多关于这种水已经走了的信息,表明它对太空的逃脱被尘暴和地球靠近太阳,并表明一些水可能会在地下撤退。

虽然今天的火星是干旱的,但火星曾经很可能像我们地球一样是一个被水覆盖的世界。这方面的证据可以从火星表面形成的大量洪水形成的外流通道、河谷和三角洲的图像中看到,也可以从雷达观测到的火星南极冰层和尘埃下的液态水储存库中看到。

由于火星上的大气压力很低,不到地球的1%,水现在只能以冰或气体的形式存在。在过去的几十亿年里,火星已经失去了大部分以前的水,直到今天仍在从它的大气中漏出水。

由俄罗斯科学院空间研究所的安娜·费多洛娃和法国大气观测实验室的让·伊夫·乔弗雷领导的两项新研究,现在阐明了水是如何穿过和离开火星大气层的。他们揭示,这一过程受到地球与太阳的距离、气候和天气变化的影响,包括地球上经常出现的大规模全球沙尘暴。

这两项研究都使用了轨道飞行器的SPICAM仪器(火星大气特征调查光谱学)获得的大量多年数据集。

“气氛是地表和空间之间的联系,所以很多事情要告诉我们火星如何失去水,”安娜说。“我们研究了大气层的水蒸气,在海拔高达100公里,一个尚未探索的地区,超过八个火星岁月。”

安娜和同事们发现,当火星离太阳较远时,水蒸气的高度保持在60公里以下,而当火星离太阳最近时,水蒸气的高度延伸至90公里。在一个完整的轨道上,太阳和这颗红色行星之间的距离在2.07亿到2.49亿公里之间。

在靠近太阳的地方,较高的温度和更密集的大气循环阻止了水在一定高度结冰。“然后,上层大气变得潮湿并充满水,这就解释了为什么在这个季节水的逃逸速度会加快——水被带到更高的地方,帮助它逃逸到太空,”安娜补充道。

多年来,火星经历了全球尘暴时,上层大气甚至变得更加潮湿,累积在80千米的海拔高处的水中。

安娜说:“这证实了,众所周知,沙尘暴会使火星大气层变暖并破坏,同时也会向高海拔地区输送水。”“多亏了‘火星快车’的持续监测,我们能够分析2007年和2018年的最近两次全球沙尘暴,并将我们的发现与没有风暴的年份进行比较,以确定风暴是如何影响火星逃逸的水的。”

这一发现得到了让-伊夫斯领导的研究的支持,他在两年多的时间里模拟了火星上层大气中的氢原子密度,并探索了这与水的逃逸之间的关系。

“我们将我们的结果与SPICAM的数据进行了比较,发现了很好的一致性——除了在尘土多的季节,那时我们的模型低估了氢的含量,”Jean-Yves说。“在扰动条件下,从大气中逃逸的水分比模型预测的要多得多。”

在火星上的两年时间里(其中一年经历了沙尘暴),让-伊夫斯和他的同事们估计,火星上的水分散失率相差约100倍,这凸显了沙尘暴对火星水分散失率的显著影响。

调查结果表明,每十亿年,火星失去了相当于全球两米深的水层。然而,甚至积累了火星的四十亿年历史,这一数额不足以解释所有火星的水已经消失的地方。

“在地球上一直存在大量金额来解释我们看到的水创造的功能,”Jean-Yves说。“由于它并非所有人都丢失了空间,我们的结果表明这种水已经搬到地下,或者过去的水逃跑率远远高。”

安娜、让-伊夫和同事的结果补充了欧洲航天局-俄罗斯航天局ExoMars微量气体轨道器(TGO)的最新发现。自2018年以来,TGO和“火星快车”一起,一直根据海拔高度监测火星大气中水的分布。这些发现表明,火星的水分流失速率可能与季节变化有关。

美国宇航局的Maven(Mars氛围和挥发性进化)使命也支持Mars Chatching'确定火星的水分损失,该使命是系统地测量火星大气的化学成分(特别是原子氢和氘的水平,重沉重的同位素氢)。这种多功率数据不仅有助于水目前的表现,而且还有巨大的历史累积损失 - 弄清楚火星的水是否已经地下或太空。

欧洲航天局“火星快车”项目科学家德米特里·蒂托夫说:“我们正在探索火星的两个关键主题是火星的演变和水分流失,以及沙尘暴在塑造火星气候和大气中的作用。”

“这些发现帮助我们理解火星水分流失背后的长期过程,不仅描绘了火星现在的气候学,而且描绘了火星在历史上的气候变化。”为了这样的研究,我们需要SPICAM提供的高质量的数据集,也需要ExoMars的TGO上的仪器。这些和其他先进的任务将一起继续揭开火星的神秘面纱。”

Mars Express于2003年6月2日发布,在火星轨道上花了超过17年的轨道,仔细监测了地球氛围的物业。

天体生物学

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