科学家建立的计算机模型解释为何火星与地球不同失去了大部分的水

莫斯科物理技术学院和马克斯•普朗克学会太阳系研究所专家对火星上的水循环做了描述。他们建立的计算机模型解释了为何火星与地球不同，失去了大部分的水。

数十亿年前，火星曾是个富含水的星球，有河流，甚至海洋。但后来失去至少80%的水，火星表面现在仅剩少量的水以冰的形式存在，大气中仅有微量的水蒸气。上层大气受太阳紫外线辐射影响，水分子分解为氢和羟基，氢原子无可挽回地飞入太空。行星学家想知道，火星上的水到底如何流失，毕竟火星中层大气与地球大气的对流层顶相似，应该能够阻挡水蒸气升到大气顶层。

俄罗斯和德国专家发现了先前未知的一种可以让水蒸气进入上层大气的机制。他们构建的模型全方位描述了从火星表面到160千米高空的气流情况。计算结果显示，通常只在特定季节水蒸气才能穿透中层大气，也就是在火星南半球进入夏季的时候，平均每两个地球年出现一次（1个火星年等于686.98个地球日）。而且即便在夏季，只在一天中的某些时候才会形成水蒸气上升的有利条件。

而火星北半球即便进入夏季也完全不会形成这种条件。火星轨道比地球轨道扁得多，火星与太阳的最近距离与最远距离相差4200万公里。而当火星位于近日点附近时，正值南半球夏季，因此南半球夏季比北半球夏季要炎热得多。

保罗·哈托格（Paul Hartogh）表示：“当南半球夏季来临，在一天中的某些时候，水蒸气可以随着更温暖的气团局部上升，到达上层大气。”在上层大气中，气流会把水蒸气带到北极，水蒸气在那里再次冷却、降落。但部分水蒸气会脱离这个循环，在太阳辐射的影响下，水分子分解，氢逸入太空。

每隔几年就会席卷整个火星的巨大沙尘暴（最近一次发生在2007年和2018年）也为水蒸气进入上层大气提供了便利。

据专家计算，2007年沙尘暴期间进入上层大气的水蒸气是南半球夏季正常量的两倍。因为灰尘颗粒吸收太阳光后变热，整个大气的温度会上升至30度。

研究报告第一作者、莫斯科物理技术学院专家德米特里·沙波什尼科夫表示：“我们的模型以前所未有的精度展示了大气中的灰尘对与冰变水蒸气有关的微观物理过程的影响。”

研究报告发布在《地球物理学研究快报》上。

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