我们终于知道火星大部分大气层消失的原因

大约四十亿年前，火星是温暖的。在厚厚的大气层下，湖泊和河流中流淌着水。但后来发生了一件灾难性的事情。火星的隔热大气层几乎消失了。这颗红色星球暴露在太空的恶劣环境中，变成了如今干燥、冰冻的荒地。

到目前为止，这种缺失的大气一直困扰着科学家：它是消失在太空中，还是被火星地壳重新吸收了？美国宇航局的火星大气和挥发物演化 (MAVEN) 任务的新数据正在解决这一争论。布鲁斯·雅科夫斯基和 MAVEN 团队的其他成员计算出，火星的大部分大气已被太阳风吹走。

科学家们已经知道，即使到了今天，火星仍有部分大气层向太空流失，但这些新发现首次明确了这一过程在该星球历史进程中的重要性。

“我们的结论是，火星的大部分大气已经流失到太空，而不是被困在行星上，”雅科夫斯基说。“这是大气流失的一个主要原因，即使不是主要原因。”

MAVEN 对稀有气体氩的测量是解决这一谜团的关键。

一个充满争议的问题

带电粒子流（称为太阳风）不断从太阳流出。当这些带电粒子撞击大气中的分子时，它们会剥离一些分子的电子，从而产生离子。太阳风很容易拾取这些新带电粒子并将它们拖入太空。或者新形成的离子可以冲击其他分子，就像台球比赛中的开球一样，使分子四处飞散。“有些分子会被撞到太空中，”雅科夫斯基说。

他和他的团队知道，太阳风会优先夺取并带走较轻的分子，因为较轻的分子更有可能漂浮在被太阳风吹袭的大气层中。通过比较大气中不同高度的氩-36 和氩-38（具有 36 和 38 个中子的原子）的浓度，研究人员能够辨别出随着时间的推移，较轻的氩-36 有多少被剥离。

然后他们利用这些信息模拟了太阳风对火星大气中其他类型分子的影响。他们得出结论，在过去的四十亿年里，大约 66% 的火星大气已经逃逸到太空中。

接下来，MAVEN 团队希望更仔细地观察火星大气中其他同位素随时间的变化情况。碳尤其令人感兴趣，因为二氧化碳具有绝缘特性，而氧和氢则是我们所知生命的其他基本成分。Jakowski 表示，团队选择首先研究氩，因为它最容易。

“碳非常复杂，因为有太多东西可以影响它，”雅科夫斯基说。它在火星大气中的浓度取决于季节，因为它在冬季会在极地冰盖处冻结成冰，在温暖的月份升华为蒸汽。它还会发生化学反应，形成各种分子。“氩气要简单得多，因为一旦将其放入大气中，它就不会发生反应，只会停留在那里。”

雅科夫斯基表示，火星大气消失之谜目前才基本得到解决。尽管大部分大气已消失在太空中，但地壳吸收和其他过程可能在大气消失过程中发挥了次要作用。

不幸的是，这一发现可能会给那些建议我们通过释放厚厚的二氧化碳和其他温室气体来使火星变得更温暖、更像地球的人（咳咳，埃隆马斯克）带来困难。

如果碳元素能够沉淀在极地冰盖和火星岩石中，耐心等待人类释放，那么改造火星会容易得多。但现在看来，火星上的大部分碳元素已经消失殆尽。雅科夫斯基表示，剩下的碳元素不足以形成足够厚的大气层，供人类居住。

“如果二氧化碳流失到太空，那么地球上就无法再将其重新释放到大气中，”雅科夫斯基说。“我们的意思是，利用在火星上发现的成分，不可能改造火星。”

但不要绝望，伊隆·马斯克。我们总是可以带来自己的碳。天知道，地球上已经有足够多的碳了。