曾經覆蓋地表的火星海洋去哪兒了?新研究:可能鎖在地殼岩石中

作者 | 發布日期 2021 年 03 月 18 日 12:09 | 分類 天文 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


火星地表曾覆蓋深 100~1,500 公尺的海洋,也許和地球一樣孕育過生命,只是失去磁層保護後,來自太陽的輻射與太陽風將這顆星球的大氣和水給剝離了。然而最近一篇 NASA 資助的新研究結果顯示,火星的水可能並未逸散至外太空,而是被地殼吸收了。

如今火星的表面乾燥又荒涼寒冷,幾乎沒有液態水,但觀測證據顯示火星大氣層中仍保有少量水分,其餘則鎖在永久凍土和極冠等冰凍圈(Cryosphere)中,厚度約 20~40 公尺。看著現在的火星,或許很難想像這顆行星早期也有大量液態水,覆蓋全球地表達 100~1,500 公尺深,體積相當於地球大西洋一半。

然而最終卻有 30~99% 的水從地表消失了,而科學家認為,光是逸散途徑並不能完全解釋火星過去水量的數據。

研究團隊整合包括 NASA 行星數據系統(Planetary Data System,PDS)在內多個火星任務數據,分析各種型態(氣態、液態、固態)的水隨時間推移變化的量,以及火星當前大氣層與地殼的化學成分,尤其是氘氫比(D / H)。

我們知道水分子由氫和氧原子組成,但其實氫原子內藏玄機,大多數氫原子在原子核內只有 1 個質子,然而有一小部分(約 0.02%)氫其實是以同位素「氘(又稱重氫)」的形式存在,具有質子與中子。較輕的氫比重氫更容易逃脫行星引力逸散至太空,因此,高層大氣與低層大氣相比應該會明顯遺留下大量氘,科學家可以透過氘氫比來估算火星隨時間流失了多少氫,進一步推算由 2 個氫原子和 1 個氧原子組成的水流失了多少。

然而科學家失望的發現,透過大氣層流失的水並無法解釋在火星大氣層中實際觀察到的氘氫比。

照理說,水從大氣層逸出的速率應與曾存於火星表面的預計水量相當,然而實際測量結果表明與觀測結果不完全一致,逸散到太空的水量實在太少了。若如此,火星上的水到底多數流向何處?

研究團隊的模型表明,火星應該在距今 37~41 億年前的諾亞紀(Noachian Period)時期失去 40~95% 水量,只不過大部分水是被火星地殼中的礦物質給吸走。當水藉由風化作用分解岩石時,可能引發礦物質水合反應,比如石膏(一種在火星上自然發現的水溶性礦物)就能鎖住水分,除非被加熱至 100℃ 才重新釋出水分子。

NASA 科學家 Michael Meyer表示,由於我們握有多個火星探測器多年來的測量結果,可以知道火星並不像地球板塊那樣具有回收再利用功能,因此火星上的水不是被鎖在地殼中、就是流失到太空中。

只不過,就算火星地殼藏有水資源,也不代表我們能輕易取得,要用加熱法還是鑽井法都是個問題。隨著 NASA 最新火星車毅力號已登陸火星,或許能帶來更多有關火星表面成分與構造的分析結果。新論文發表在《科學》(Science)期刊。

(首圖來源:NASA