【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】红色星球的低重力和缺乏磁场使其最外层的气氛成为被太阳风吹走的简单目标，但是来自欧空局“火星快车”太空船的新证据表明，太阳辐射可能在其逃生中扮演一个惊人的角色。为什么太阳系内部的岩石行星的大气层在四十六亿年内演变得如此不同是了解什么使地球适合居住的关键。虽然地球是一个富有生命的水世界，但我们这个小小的邻居火星在它的历史早期失去了大部分的气氛，从温暖湿润的环境变成了我们今天观察到的寒冷干旱的平原。相比之下地球的另一个邻居金星虽然今天不适宜居住，但它的规模与我们自己的星球相当，而且气氛浓厚。
经常被认为有助于保护地球大气层的一种方式是通过内部产生的磁场，例如地球。当太阳风从太阳流出时，磁场使带电粒子偏转，在地球周围形成一个保护性的“气泡” - 磁层。在火星和金星不产生内部磁场，太阳风的主要障碍是高层大气层或电离层。就像在地球上一样，太阳紫外线把电子从这个地区的原子和分子中分离出来，形成一个带电的电离气体区域：电离层。在火星和金星，这个电离层直接与太阳风和它的磁场相互作用，产生一个感应磁层，减缓和转移行星周围的太阳风。14年来欧空局的“火星快车”一直在研究如氧气和二氧化碳等带电离子流向太空，以便更好地了解大气层逃离地球的速度。
离子从火星逃脱的插图，就像在地球上一样，太阳紫外线将电子从原子和分子（蓝色粒子）中分离出来，形成一个电荷 - 电离 - 气体区域：电离层。这个电离层直接与太阳风和它的磁场相互作用，产生一个感应磁层，减缓和转移行星周围的太阳风粒子。图片版权：欧洲空间局
这项研究发现了惊人的效果，太阳的紫外线辐射比以前想象的更重要。瑞典空间物理研究所的罗宾·拉姆斯塔德（Robin Ramstad）和“火星快车”（Mars Express）研究的主要作者说：以前认为离子逸出是由于太阳风能量通过火星磁屏障到电离层的有效转移而发生的。也许与此相反，实际看到的是由紫外线太阳辐射触发的离子产生量的增加将太阳风所携带的能量屏蔽在行星的大气中，但离子实际上需要的能量却非常少，以低沉的重力将大气与火星联系在一起。发现太阳辐射的电离特性产生比太阳风可以消除的更多的离子。尽管增加的离子产量有助于将低层大气与太阳风携带的能量屏蔽起来，但是电子的加热似乎足以在所有条件下拖离离子，形成“极地风”。
火星的弱引力 - 约为地球的三分之一 - 意味着行星无法保持这些离子，而且无论太阳风强烈提供多余的能量，它们都很容易逃离太空。在重力与地球相似的维纳斯，需要更多的能量去除大气层，离开向太侧的离子可能会在背风侧落回到行星，除非它们进一步加速。因此得出这样的结论：在目前从火星出来的离子主要是生产受限的，而不是能量受限的，而在金星，由于更大的行星更高的重力和更高的电离率，它可能是能量受限的，更靠近太阳。
换句话说太阳风可能对火星的大气量产生非常小的直接影响，这种大气随着时间的推移已经消失了，而只是增加了已经逃逸的粒子的加速度。自2004年以来，对火星的持续监测涵盖了太阳活动从太阳活动最小值到最大值的变化，这为我们提供了一个大数据集，这对了解行星大气的长期行为及其与太阳的相互作用至关重要。自2014年以来与NASA的MAVEN任务一直在火星上进行合作，这也使我们能够更详细地研究大气逸出过程。这项研究也涉及到在宇宙其他地方寻找地球般的大气。也许磁场在屏蔽行星的大气层方面不如行星的重力本身那么重要，它决定了在它被太阳辐射电离之后它能够挂在大气颗粒上的能力如何，不管太阳风的力量如何。
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内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：欧洲空间局
编译：中子星
审校：博科园
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