火星是如何失去大气层, 成为寒冷干燥的世界?

首先你来回答个问题,假如地球没磁场会怎么样?大气对一颗行星来说是很重要的、对于孕育生命也尤其重要、例如金星大气那是非常恐怖、火星大气稀薄、月球则没有、地球感觉就是刚刚好、大气浓度和成分决定了其表面温度、维持平均气温、所以相比之下地球是多美的完美的世界啊

自从4号水手飞越火星以来,科学家们就已经了解到这颗红色星球是一个寒冷干燥的世界。但是现在他们知道为什么了,NASA收集的数据的MAVEN飞船送到火星监测它的大气层,科学家分析得出太阳风已剥离了火星大部分的二氧化碳和氧气。

艺术家绘制的太阳风暴对火星和从地球大气中剥离离子的概念图。图片:NASA/GSFC

虽然火星大气目前以每秒钟约100克的速度损失,相当于麦当劳四分之一,火星便在数十亿年前失去了大部分曾经浓厚的大气。火星曾经有一个强大的磁场,像地球一样由其内部热发电机效应产生。但因其内核逐渐冷却,在42亿年前的一段时间火星失去了它的磁场,在接下来的几亿年里太阳的强大的太阳风粒子剥离火星大气层的速度提升100倍到1000倍。

当时火星已经失去了相当于今天地球的大气,其表面压力约1000毫巴(1毫巴(mbar)=100帕斯卡(Pa))在相对较短的时间内,火星的湖泊和河流将会被冻结和蒸发,其地质证据今天仍然存在。对任何可能存在的生命的影响几乎肯定会是灾难性的。数十亿年后的今天,干燥,红色的世界表面压力只有约6毫巴。

火星全景动图、图片:NASA

在 2014九月Maven飞船进入火星轨道,行星科学家们有不同的理论,火星失去的大气,太阳风是一个最有可能的原因。也有一些其他理论,也许大部分二氧化碳和氧气被火星岩石困住了,或者被小行星和彗星撞击到了太空。

然而,新的数据,在多轨道,Maven蘸了火星上层大气的收集,清楚地表明太阳风。从太阳流出的主要是质子和电子流,太阳风产生一个电场,加速火星上层大气中的离子逃逸速度。

然而在MAVEN飞船进入和离开火星上层大气层的许多轨道上收集的新数据清楚地表明是太阳风。来自太阳的主要是质子和电子的流产生电场,加速了火星上部大气中的离子到逃逸速度。

没有像地球这样强大的磁场,火星被暴露在太阳风暴之下。图片:NASA

除了“正常”的太阳风之外,太阳风暴也是很有影响的,这导致了更加巨大的损失时的气体粒子的逃逸率增加10到20倍。科罗拉多大学的MAVEN科学家Dave Brain在新闻发布会上说:这太令人兴奋了,因为太阳风暴在太阳系历史上更加普遍和激烈。这意味着正如火星在40亿年前失去磁场一样,其无保护的气体将暴露于比今天发生的更强烈和频繁的太阳风暴之中。

新的发现对美国航空航天局将人类送往火星的努力影响不大。在目前的火星计划迭代之下,美国航天局打算在大气中收获二氧化碳作为潜在产生火箭燃料和氧气的资源。但是不用急。由于火星的气氛可能很薄,科学家估计,目前的这个损失速度,在约20亿年内火星将不会完全失大气。

然而发现太阳风剥离的证据,火星稀薄的气体对于火星登录计划来说并不好。但有一些希望,古老的火星大气层的大部分可能被锁在其表面以下。理论上如果释放出来,从岩石释放的二氧化碳可移会增加火星的大气浓度。此外如果没有强磁场保护,火星大气依然是一个不容乐观的问题。

图片:wallpaperlist.com

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编译:中子星,审校:博科园