持久的火星水之谜
几十年来，行星科学家一直在努力解开火星最深刻的谜团之一：其丰富的古代水发生了什么？从干涸的河床到广阔的湖床，地质证据描绘了一幅曾经蕴藏着大量液态水、甚至可能是海洋的行星的图景。如今，火星是一片寒冷、干旱的沙漠，其剩余的水以冰的形式被锁在两极和地表以下。虽然长期以来的理论表明，大部分水要么被火星地壳吸收，要么被太阳风在数十亿年的时间里慢慢带走，但新的证据揭示了一种更加动态和令人惊讶的机制在起作用：强大的沙尘暴正在积极地将水蒸气喷射到太空中。
这一突破性的发现最近发表在《科学进展》杂志上，挑战了之前的假设，即大量的水流失主要是远古现象或仅限于罕见的环绕行星的尘埃事件。相反，它表明，即使是局部的、相对温和的沙尘暴也是火星持续水文逃逸的有效因素，不断吸走地球宝贵的水资源。
沙尘暴：大气逃逸的无名媒介
这一发现来自由亚利桑那大学月球与行星实验室行星科学家安娜·佩特洛娃博士和劳伦特博士牵头的一个研究合作小组。杜布瓦来自法国国家科学研究中心（CNRS）。他们的发现基于欧洲航天局 (ESA) 和俄罗斯航天局 ExoMars 微量气体轨道飞行器 (TGO) 收集的大量数据，特别是利用其火星探索天底和掩星 (NOMAD) 仪器。 NOMAD 的高光谱功能使团队能够仔细跟踪火星大气中不同高度的水蒸气和半重水 (HDO) 的分布。
通过分析火星第 34 年（相当于地球年 2017-2019）期间的观测结果，科学家们重点关注尘埃活动增加的时期。他们注意到水蒸气浓度显着上升，达到前所未有的高度，有时超过火星表面 80 公里（约 50 英里）。这种现象并不局限于 2018 年那场巨大的、环绕行星的沙尘暴，这场沙尘暴遮蔽了整个行星，并导致了 NASA 机遇号火星车的灭亡。相反，在较小的区域性沙尘暴甚至局部沙尘暴期间也观察到了这种现象，这表明这一过程比之前所理解的更为普遍。灰尘颗粒的作用就像微型电梯，可以有效地将水分子携带到比正常情况更高的稀薄大气中。
揭开损失机制
一旦上升到这些极端高度，水分子就会进入一个容易被破坏的恶劣环境。火星稀薄的大气层几乎无法抵御太阳的强烈辐射。太阳紫外线 (UV) 辐射，尤其是在这些较高海拔地区，其强度足以通过光解过程分解水分子 (H2O)。这种化学反应将 H2O 分解为其组成原子：氢 (H) 和羟基 (OH)。
水损失的关键因素是氢原子的命运。作为最轻的元素，与较重的元素相比，氢受到的火星引力要小得多。一旦从水分子中释放出来，这些未结合的氢原子就会获得足够的能量以达到逃逸速度，缓慢但稳定地渗入太空真空。该研究估计，这种机制对火星持续的水流失有很大影响，可能是自潮湿时代以来消失的水的很大一部分的原因。这种由日常火星现象驱动的持续的大气剥离，描绘了地球长期干燥的新景象。
改写火星的水文历史
这一发现对于我们理解火星的演化及其过去甚至现在生命的潜力具有深远的影响。如果即使是相对较小的沙尘暴也能有效地将水输送到海拔高度，那么这一过程在地球数十亿年的干燥过程中所发挥的作用可能比之前认为的要大得多。它表明，即使在目前的状态下，火星大气层中的水也远非静态，而是不断地将水释放到太空中。
对于未来的人类火星任务，了解这些动态过程至关重要。水冰是生命维持、推进剂甚至建筑的重要资源。查明水流失的机制和速度有助于科学家更好地模拟这些宝贵储量的分布和可用性。彼得洛娃博士表示：“这一发现迫使我们重新考虑火星上的整个水文循环。这不仅仅是水储存在哪里的问题，还在于我们今天可以观察到的活跃的大气过程中水流失的速度有多快。”火星尘埃和水之间持续的舞蹈继续解开我们这个行星邻居的复杂历史。
