濃密的大氣層使海洋存在了數百萬年


（綜合報導）早期的火星可能是現代土衛六的溫暖版本，如果不是更有希望的話，至少也是生命起源的一個地點。一項新的研究顯示，火星出生時是濕潤的，濃密的大氣層使溫暖到炎熱的海洋存在了數百萬年。這一發現最近發表在《地球和行星科學通訊》雜誌上。為了得出這一結論，研究人員創建了第一個火星大氣層演變的模型，該模型將與火星熔融形成有關的高溫與第一個海洋和大氣層的產生聯繫起來。

由於水蒸氣會在大氣層的較低高度凝結成云，這個模型表明，與現代地球類似，水蒸氣集中在火星的低層大氣中，而高層大氣是"乾燥的"。

另一方面，分子氫（H2）沒有凝結，被帶到火星的高層大氣中，在那裡流失到太空中。這一發現，即水蒸氣凝結並保留在早期火星上，但分子氫沒有凝結並逃逸，使得該模型能夠與航天器的測量結果直接相關，特別是火星科學實驗室的好奇號探測器。

"我們相信我們已經為火星最早的歷史中被忽視的一章建立了模型，即火星形成後的那段時間。"SETI研究所的研究科學家Kaveh Pahlevan說："為瞭解釋這些數據，原始的火星大氣必須是非常密集的（超過現代大氣密度的1000倍），並且主要由分子氫（H2）組成。"

"這一發現非常重要，因為眾所周知，H2在密集的環境中是一種強大的溫室氣體。這種稠密的大氣將產生強大的溫室效應，使非常早期的溫熱水海洋在火星表面穩定了數百萬年，直到H2逐漸流失到太空。由於這個原因，我們推斷--在地球本身形成之前，火星生來就是濕潤的。"

該模型的數據源自於不同火星樣本的氘氫（D/H）比率（氘是氫的重同位素），包括火星隕石和好奇號所分析的樣本。來自火星的隕石大多是火成岩--它們是在火星內部融化，岩漿上升到表面時形成的。

溶解在這些內部（源自地幔）火成岩樣本中的水，其氘氫比與地球海洋的氘氫比相似，表明這兩顆行星開始產生時的氘氫比相似，它們的水來自太陽系早期的同一來源。

相比之下，好奇號測量了火星表面30億年前的古老粘土的D/H比率，發現這個數值是地球海洋的3倍左右。顯然，在這些古老的粘土形成的時候，火星上的表面水圈相對於氫來說，已經大大濃縮了氘。已知產生這種水平的氘濃度（或"富集"）的唯一過程是較輕的H同位素優先流失到太空。

該模型進一步表明，如果火星大氣在形成時富含H2（並且密度是今天的1000倍以上），那麼表層水的氘含量自然會比內部富集2-3倍，再現觀測結果。氘相對於分子氫（H2）更喜歡去到水分子中，而分子氫更喜歡吸收普通氫，並從大氣層的頂部逃逸。

Pahlevan說："這是第一個發表的有關火星的大氣模型，它自然地再現了這些數據，使我們有一些信心，我們所描述的演化情景與火星上的早期事件相一致。"

除了對行星上最早的環境感到好奇之外，富含H2的大氣層在SETI研究所尋找地球以外的生命方面也很重要。可以追溯到20世紀中期的實驗表明，與生命起源有關的前生物分子在這種富含H2的大氣中很容易形成，但在貧H2（或更"氧化"）的大氣中就不那麼容易了。這意味著早期火星是現代土衛六的溫暖版本，如果不是更有希望，至少也是早期地球的生命起源地。