太阳风正在不断的剥离火星大气层

火星作为环境最接近地球的姊妹星,现在的环境虽然比不上地球,但是和金星水星等一众小兄弟相比,火星的环境是更加适宜人类生存的,但是科学家推测,在过去的某一段时间内,火星可能也和现在的地球一样,是一个充满了浓密大气层液态水的世界。只是后来随着火星丢失了它的大气层,所以温度下降,水资源也流失了,最终就变成了现在这样一副荒漠景象。

那么火星是如何变成现在这样的呢?在之前的一篇文章中(我们真的有能力改造火星环境吗?),我们也讨论了火星环境巨变的几个因素,这其中最基本的一个因素是:因为失去了磁场的保护,火星大气太阳风持续轰击,最终使得大气物质都逃逸到了太空中,失去了大气层的保护,火星上的液态水自然也就无法存在了。

火星过去也曾经像现在的地球一样拥有浓密的大气层和液态水,但是因为太阳风持续的剥离火星大气,现在就变得又干又冷
火星过去也曾经像现在的地球一样拥有浓密的大气层和液态水,但是因为太阳风持续的剥离火星大气,现在就变得又干又冷

最近科学家发现,太阳风正在以每秒100克的速度将火星大气剥离,这样的速度一年就能使火星失去3150吨的大气物质,看起来好像是不多,但是要知道宇宙中都是以亿年来计算的,那么一亿年就能够损失3150亿吨大气物质。而且现在的火星大气层已经非常稀薄了,这意味着在过去它更浓密,太阳风剥离的速度更快。

关键的问题还在于,太阳风并不是一个稳定的存在,现在太阳正处于主序星的中年阶段,在更早更年轻的时候,太阳其实也更具活力。更何况是不定期产生的太阳风暴,这些都是能够以几何倍数来剥离火星大气物质的。

太阳风是如何剥离火星大气层呢?

太阳风是以质子和电子为主的粒子流,以大约每小时一百多万公里的速度,从太阳的大气层喷涌而出。太阳风携带的磁场,流经火星时可产生电场,就像地球上的涡轮机可以用来发电。(利用涡轮机发电,需要磁铁和线圈(电线),称为“电磁感应”原理。这里的比喻当中,太阳风相当于磁铁,而火星大气相当于线圈,视同在火星大气中通电。)此电场会将火星上层大气中离子(带电的气体原子)加速,并射向太空。

太阳风和紫外光不断的轰击火星大气层的顶端,使得这颗红色星球上有三个不同的区域,发生这样的大气物质流失:太阳风朝火星背面吹去的“尾巴”之下、火星极区上空的“极区羽流”、以及大范围环绕火星的云气。科学团队判定,逃脱的离子有75%来自“尾部”区域,接近25%来自“羽流”区域,只有很小部分由周围云气贡献。

太阳风剥蚀火星大气之示意图。羽流具有较高能量的粒子(红色),但多数粒子是沿着尾部飞出。
太阳风剥蚀火星大气之示意图。羽流具有较高能量的粒子(红色),但多数粒子是沿着尾部飞出。
MAVEN侦测O+离子的流动,红色表示流量大、蓝色表示流量小,箭头代表流动的方向。
MAVEN侦测O+离子的流动,红色表示流量大、蓝色表示流量小,箭头代表流动的方向。

大气流失是火星环境变迁的关键

火星上古老的地区有丰富液态水存在的迹象──例如像河川切割出山谷的特征,以及只有液态水存在才会形成矿物层。

最近,研究人员利用NASA的火星探测器,观察到水合盐类季节性的出现,表示火星上存在着液态盐水。然而,目前火星大气太过寒冷且稀薄,行星表面无法维持常态性或大量的液态水。

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