火星数十亿年前就已消亡，其内部残余物仍在向太空扩散

这颗红色星球是一颗死星球，但它可能并非一直如此。探测器和卫星已经发现明确的证据，表明尘土飞扬的火星平原曾经流淌着河流，这些河流汇聚成巨大的湖泊，也许汇入全球海洋。温暖潮湿的古代火星可能为任何新兴微生物提供了舒适的气候，就像地球一样。

时代变了。数十亿年后，地球仍然是一块蓝色大理石，而火星已变成昔日的干枯外壳。虽然大部分干燥是由于火星大气层灾难性地消失造成的，但火星仍保留了一些水。但即使是这微薄的水源也在流失。

那么火星是如何灭亡的呢？在用轨道探测器反复掠过火星大气层的上层后，研究人员又找到了谜题的另一部分——他们发现 H2O 分子不知何故比预期更容易穿过保护性大气屏障。

“这是出乎意料的，”亚利桑那大学行星化学家、这项研究的作者之一谢恩·斯通 (Shane Stone) 说，这项研究今天发表在《科学》杂志上。“当水被破坏时，破坏发生在靠近大气层边缘的地方，它可以很容易地逃逸。”

在太阳系的早期，火星与地球可能看起来并无太大区别。两颗行星都有带电金属的熔融核心。金属与液态电流一起翻腾，在行星周围竖起磁屏障。这些磁场既能抵御太阳风，也能抵御太阳动荡时期频繁爆发的电击，保护行星的新生大气层。厚厚的空气层包裹着行星，水在两颗行星的表面流动。

但火星太小，长期来看不可能真正保持宜居性。它的冷却速度比它的大兄弟快。核心凝结。保护性磁屏障倒塌。太阳吹走了大部分大气层。表面大部分液态水很快跟随它进入太空。重建这段 30 亿年的历史一直是火星大气和挥发物演化 (MAVEN) 卫星的主要任务，该卫星自 2014 年以来一直在绕火星运行。

现在，MAVEN 的最新测量结果为火星水外流事件的最新篇章增添了新的细节。

自 20 世纪 60 年代末以来，行星科学家一直认为火星上现存的水相对安全。火星表面或附近的冰块会逐渐转化为水蒸气分子，这些分子会上升到稀薄的大气层中，直到温度过低，它们才会凝结成云。同样的冷空气屏障——“水汽层”——将水困在云层中，防止氢飘走，从而保护地球上的水。

随后，MAVEN 飞船开始运行，它每次绕火星轨道运行时都会深入大气层边缘，直接采集火星水中的离子样本。在重建原始分子时，斯通和他的同事惊讶地发现，在距火星表面 90 多英里的高度，有大量的水分子在飘荡——远高于水汽层顶。大气层中如此高的水注定会被分解成氧气。氧气会继续分解，而氢气足够轻，可以永远离开火星。

通过分析高层大气中水分含量随时间的变化，研究小组还发现了火星为何有如此糟糕的湿度顶的两个线索。

首先，MAVEN 探测到火星大气在冬季变得更干燥，在夏季变得更潮湿。其次，该航天器绕火星运行的时间足够长，见证了几次区域性沙尘暴，在此期间水分含量激增。2018 年 6 月，该轨道器恰好在一场沙尘暴期间运行（这是一场十年一遇的沙尘暴，非常猛烈，甚至摧毁了机遇号探测器），这场沙尘暴导致上层大气中的水分跃升至正常水平的大约 20 倍。

斯通表示，这些趋势强烈表明，火星的湿润顶会定期破裂，因为大气层变得太热，比如当火星在夏季靠近太阳时，或者当大气层充满尘埃时。另一艘航天器提供的独立温度读数证实，大气层的潮湿期与其相对热浪一致。

虽然火星的湿气层顶从未被认为形成完美的密封，但 MAVEN 的测量结果表明，它的泄漏量远超预期。研究人员估计，在过去的十亿年里，季节性变暖、每年的区域性沙尘暴和十年一次的超级风暴已经导致火星损失了足够的水，足以让火星被两英尺深的全球海洋覆盖。斯通说，这只是火星在其整个历史中损失的水量的百分之几（足以让火星被几十到几百英尺深的海洋淹没），但这是火星今天继续干涸的主要原因。

虽然火星的脱水会摧毁其表面的任何生命，但陆地生物可以松一口气，因为他们知道我们不会遭受同样的命运。斯通说，地球确实不断因“大气逃逸”而失去水，但速度太慢，根本不值得担心。相反，我们的星球还有一到二十亿年的时间保持蓝色，此后更明亮的太阳将蒸发我们的海洋，将温度升高到几百度。