火星太小，不能留存水

火星的故事可能包含有關行星可居住性的基本事實。

藝術家對與地球地表水相似的火星的描繪。紅色星球在遠古時代是一個潮濕的世界。

藝術家描繪的火星與地球般的地表水。紅色星球在遠古時代是一個潮濕的世界。 （圖片來源：NASA 地球觀測站/Joshua Stevens；NOAA 國家環境衛星、數據和信息服務；NASA/JPL-Caltech/USGS；Sean Garcia/華盛頓大學平面設計）

一項新的研究表明，火星因其體積小而注定會失水。

根據美國宇航局好奇号和毅力号漫遊車等機器人探險家的觀察，科學家們得知，在古代，液态水流過火星表面：這顆紅色星球曾經擁有湖泊、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。科學家們認為，這種劇烈的氣候變化發生在這顆紅色星球失去其全球磁場之後，該磁場保護火星的空氣不被來自太陽的帶電粒子帶走。

但根據這項新研究，這一直接原因背後有一個更根本的驅動因素：火星太小，無法長期保持地表水。

“火星的命運從一開始就決定了，”該研究的合著者、聖路易斯華盛頓大學地球與行星科學助理教授王坤在一份聲明中說。 “岩石行星的大小要求可能存在一個阈值，以保留足夠的水以實現宜居性和闆塊構造。”科學家們認為，這個阈值比火星還大。

由王坤實驗室的研究生甄田領導的研究小組探測了 20 顆火星隕石，他們選擇這些隕石來代表這顆紅色星球的整體組成。研究人員測量了這些地外岩石中各種鉀同位素的豐度，這些岩石的年齡從 2 億年到 40 億年不等。 （同位素是在其原子核中包含不同數量中子的元素類别。）

田和她的同事使用鉀（化學符号 K ）作為更多“揮發性”元素和化合物的示蹤劑——像水這樣的東西，它在相對較低的溫度下轉變為氣相。他們發現火星在形成過程中損失的揮發物比地球多得多，地球的質量大約是紅色星球的九倍。但是火星比月球和 329 英裡寬（530 公裡）的小行星竈神星更好地保持其揮發物，這兩個小行星都比紅色星球更小、更幹燥。

“分化行星中揮發性元素及其化合物的豐度遠低于原始未分化隕石的原因一直是一個長期存在的問題，”華盛頓大學地球與行星科學研究教授、共同作者 Katharina Lodders 在同一份聲明中說。（“分化”是指一個天體，其内部已經分成不同的層，如地殼、地幔和地核。）

“K同位素組成與行星重力相關性的發現是一項新發現，對分化的行星何時以及如何接收和失去揮發物具有重要的定量意義，”洛德斯說。

這項新研究于今天（9 月 20 日）在線發表在《美國國家科學院院刊》雜志上，之前的研究表明，小體積對可居住性來說是雙重打擊。矮腳雞行星在形成過程中會失去大量水分，它們全球範圍的磁場也相對較早地關閉，導緻大氣變薄。（相比之下，地球的全球磁場仍然較強，由我們星球深處提供動力。）

團隊成員說，這項新工作還可以應用于我們自己的宇宙之外。

“這項研究強調，行星的大小範圍非常有限，隻有足夠但不會太多的水來發展宜居的地表環境，”瑞士伯爾尼大學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。“這些結果将指導天文學家在其他太陽系中尋找可居住的系外行星。”

在任何關于可居住性的讨論中，“地表環境”免責聲明都是重要的。例如，科學家們認為，現代火星仍然支持着可能維持生命的地下含水層。木星的歐羅巴和土星的土衛二等衛星在其冰雪覆蓋的表面下擁有巨大的、可能維持生命的海洋。

在任何關于可居住性的讨論中，“地表環境”免責聲明都是重要的。例如，科學家們認為，現代火星仍然支持着可能維持生命的地下含水層。木星的歐羅巴和土星的土衛二等衛星在其冰雪覆蓋的表面下擁有巨大的、可能維持生命的海洋。

BY: Mike Wall

FY: 小小

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