火星大氣去了哪？都被太陽吹走了！

大約40億年前，火星是溫暖的。在一層厚厚大氣的覆蓋下，水在火星表面上匯聚成江河湖海。然而，接下來，某種大災難就發生了。起到保溫作用的火星大氣層幾乎消失殆盡。這顆紅色行星被暴露在殘酷的太空環境中，變成了今天這樣一片乾旱而又嚴寒的廢土。

直到不久前，失蹤的火星大氣還困擾著科學家——到底它是失散在了太空里，還是被火星的地殼給吸收了？如今，NASA的MAVEN探測器發回的新數據，給這個問題下了一個定論。布魯斯·揚可夫斯基（Bruce Jakowski）和MAVEN研究團隊的其他科學家通過計算髮現，火星的絕大多數大氣都是被太陽風吹散的。

如今，火星寒冷而乾燥，大氣極為稀薄，而在40億年前，火星曾經溫暖而潮濕，有著厚厚的大氣。來自MAVEN火星探測器的數據，揭開了大部分火星大氣消失的過程。圖片來源：NASA s Goddard Space Flight Center

此前科學家就已經知道，即使是在今天，火星也仍有一部分大氣會失散在太空里，但這些新發現給這一過程在火星整個演化歷史上所起作用的重要性，首次給出了一個定量分析。

「我們的結論是，火星的絕大部分大氣都已經失散在了太空里，而非被這顆行星鎖定在了地殼裡。」揚可夫斯基說，「就算不是主要原因，這也是大氣丟失的一個主要過程。」

MAVEN探測器對氬氣這種惰性氣體的測量，是解開這個謎題的關鍵。

拐走大氣

太陽在持續不斷地向外發出帶電粒子流，稱為太陽風。當這些帶電粒子撞到大氣里的氣體分子時，它們就能剝離某些分子的電子，把分子轉變成帶電荷的離子。太陽風很容易拐帶這些新產生出來的帶有電荷的離子，把它們拖入太空。或者，這些新產生的離子會撞上其他分子，就像撞球比賽里的奮力一擊，把其他分子撞得四散奔逃。揚可人斯基說，「其中一些就被撞到太空里去了。」

他和他的團隊知道，太陽風會優先抓取和清除較輕的分子，因為較輕的分子更有可能飄浮在大氣高層，直面太陽風的轟擊。這些研究者比較了氬-36和氬-38這兩種同位素在不同高度的火星大氣中的濃度，從而弄清了較輕的氬-36在歷史上被剝離掉了多少。

然後，他們利用這一數據建立了太陽風對火星大氣中其他類型的分子產生作用的模型。他們的計算表明，大約66%的火氣大氣在過去40億年間失散到了太空里。

碳更複雜

下一步，MAVEN團隊希望能夠仔細研究火星大氣中的其他同位素如何隨時間發生變化。特別感興趣的是碳，因為二氧化碳是溫室氣體，而且碳跟氧和氫一起，構成了我們已知生命形態的關鍵組分。揚可夫斯基說，研究團隊之所以選擇先研究氬，是因為它最容易研究。

揚可夫斯基說，「碳非常複雜，因為有太多的東西可以影響它。」碳在火星大氣中的濃度取決於季節，因為二氧化碳在冬季會凍成乾冰形成極冠，在比較暖和的季節里又升華成為氣體。碳還會發生化學反應形成諸多分子。「氬就簡單太多了，因為一旦進入大氣，它跟誰都不反應，只會待在那裡。」

揚可夫斯基說，火星大氣消失之謎目前只算是破解了大部分。儘管大部分大氣失散在了太空里，在大氣消失的過程中，地殼的吸收和其他過程或許仍然起到了一定的作用。

隨著大部分大氣失散到太空，火星逐漸變得乾涸。圖片來源：The Lunar and Planetary Institute NASA s MAVEN mission

可惜的是，對於某些人，比如伊隆·馬斯克來說，這些發現可能會讓他們想做的事情變得更加困難。馬斯克曾經提出，在火星兩極的極冠上空持續不斷地引爆氫彈，從而將冰封在那裡的二氧化碳和其他溫室氣體釋放到大氣中，把火星改造得更加溫暖，更類似於地球。

如果碳只是被鎖在極冠和火星岩石中耐心地等著人類去釋放它們，把火星改造成地球可能會容易得多。不過現在看來，火星上的碳大部分已經不在了。按照揚可夫斯基的說法，剩下的碳不足以形成一個厚到能夠讓人類感覺到舒適的大氣。

「如果二氧化碳已經失散在了太空里，在這顆行星上它就不復存在了，不可能再調動出來輸送回大氣里了。」揚可夫斯基表示，「我們的意思是說，使用火星上現在的成分，不可能把火星改造成地球。」

不過，對伊隆·馬斯克們來說，倒也不必感到絕望。我們總有辦法帶去自己的碳。天知道，我們已經在地球上排放了多少碳到大氣里。

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