火星科學(xué)家長期以來一直懷疑，這顆曾經(jīng)像地球一樣溫暖濕潤的紅色星球，已經(jīng)失去了大部分的水，并其可能已“逃逸”到外太空。由于水是我們所知的生命的關(guān)鍵成分之一，科學(xué)家們一直試圖了解它在火星上流動(dòng)了多長時(shí)間以及它是如何流失的。現(xiàn)在，由科羅拉多大學(xué)博爾德分校大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室(LASP)的研究員Michael Chaffin領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新的 《自然-天文學(xué)》 研究表明， 區(qū)域性沙塵暴在使紅色星球干燥方面可以發(fā)揮重要作用。

盡管像Chaffin這樣的火星科學(xué)家已經(jīng)假定，通常每 隔一到三年就會(huì)發(fā)生的全球性沙塵暴，以及南半球炎熱的夏季，在干燥的紅色星球上發(fā)揮了作用，但他們沒有他們所需要的測量來把整個(gè)情況聯(lián)系起來。但是在2019年1月和2月，來自三個(gè)圍繞火星運(yùn)行的航天器的巧合觀測使一個(gè)國際研究小組在一次區(qū)域性沙塵暴期間收集到了前所未有的數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，火星在這些風(fēng)暴期間損失的水量是平靜時(shí)期的兩倍。

“直到現(xiàn)在，火星科學(xué)家還沒有意識(shí)到區(qū)域性沙塵暴對(duì)火星大氣有多大的影響，”Chaffin說。

該研究的發(fā)現(xiàn)表明，隨著沙塵暴對(duì)大氣層的“加熱”，產(chǎn)生的風(fēng)將水蒸氣彈射到比平時(shí)高得多的海拔高度。在這些最高的高度，火星的大氣層是稀疏的，水分子更容易受到紫外線輻射的影響，紫外線輻射會(huì)把它們分解成較輕的成分氫和氧。最輕的元素，氫，然后很容易流失到太空。Chaffin說：“你要永久地失去水，只需要失去一個(gè)氫原子，因?yàn)檫@樣氫和氧就不能重新組合成水。因此，當(dāng)你失去了一個(gè)氫原子，你就失去了一個(gè)水分子。”

如果沒有航天器上四個(gè)儀器的同時(shí)測量，這項(xiàng)研究是不可能完成的。NASA的火星勘測軌道飛行器( MRO)測量了從表面到約100公里以上的溫度、灰塵和水冰濃度。在同一高度范圍內(nèi)，歐空局(ESA)的微量氣體火星軌道器測量了水蒸氣和冰的濃度，而NASA的MAVEN航天器上的成像紫外線光譜儀通過報(bào)告火星大氣層中最高高度的氫氣量，即離該星球表面1000公里的高度，為測量畫上了句號(hào)。

這是第一次有這么多任務(wù)集中在一個(gè)單一事件上。“我們真正抓住了整個(gè)系統(tǒng)的行動(dòng)，”Chaffin說。

NASA戈達(dá)德太空飛行中心的火星水專家、Chaffin論文的共同作者Geronimo Villanueva說：“這篇論文幫助我們實(shí)際上回到了過去，并說：‘好吧，現(xiàn)在我們有另一種失去水的方式，這將幫助我們把我們今天在火星上的這點(diǎn)水與我們過去的巨大水量聯(lián)系起來’。”

來自MAVEN的成像紫外光譜儀的圖像證實(shí)，在2019年的沙塵暴之前，可以看到冰云在火星Tharsis地區(qū)高聳的火山上方盤旋。Chaffin解釋說，由于冰在溫暖的表面附近無法再凝結(jié)，這些云 “在沙塵暴全面展開時(shí)完全消失了”，然后在沙塵暴結(jié)束后重新出現(xiàn)。

綜合觀測結(jié)果顯示，在沙塵暴開始之前，低層大氣中有水蒸氣。隨著沙塵暴的增加，加熱大氣層并產(chǎn)生風(fēng)，儀器看到水蒸氣被彈射到高空。微量氣體軌道器在沙塵暴開始后發(fā)現(xiàn)中層大氣中的水多了10倍，這與火星勘測軌道器上的紅外輻射儀的數(shù)據(jù)正好吻合。MAVEN在離地表650英里處的觀測結(jié)果也是如此，顯示風(fēng)暴期間氫氣增加了50%。

總的來說，來自這三個(gè)航天器的數(shù)據(jù)清楚地描繪了區(qū)域性沙塵暴如何幫助火星水的逃逸。 Villanueva說：“這些儀器都應(yīng)該講述同樣的故事，而且它們確實(shí)如此。”

“我很榮幸能夠領(lǐng)導(dǎo)這個(gè)出色的國際團(tuán)隊(duì)，并幫助將這一結(jié)果公之于眾。”Chaffin說：“像這樣的研究表明了跨任務(wù)和國際合作的力量，以推動(dòng)火星科學(xué)的發(fā)展。”

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