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火星表面没有液态水的根本原因:可能只是太小无法容纳大量的水

火星表面没有液态水的根本原因:可能只是太小无法容纳大量的水

火星表面没有液态水的根本原因:可能只是太小无法容纳大量的水

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:水对于地球和其他行星上的生命来说是必不可少的,科学家们已经在火星的早期历史中找到了大量的水的证据。但是现在的火星表面没有液态水。圣路易斯华盛顿大学的新研究提出了一个根本原因。火星可能只是太小,无法容纳大量的水。

遥感研究和可追溯到20世纪80年代的火星陨石分析认为,与地球相比,火星曾经富含水。美国宇航局(NASA)的维京号轨道飞行器--以及最近火星地面上的“好奇号”和“毅力号”探测器--传回了以河谷和洪流为标志的火星地貌的壮观图像。

尽管有这些证据,但表面上没有液态水。研究人员提出了许多可能的解释,包括火星磁场的减弱,这可能导致厚重的大气层的消失。

但是9月20日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究提出了一个更根本的原因,即今天的火星看起来与地球"蓝色大理石"截然不同。

“火星的命运从一开始就被决定了,”圣路易斯华盛顿大学文理学院地球和行星科学助理教授、该研究的资深作者王坤说。“在岩质行星保留足够的水以实现可居住性和板块构造的尺寸要求上,很可能有一个阈值,质量超过火星的质量。”

在这项新的研究中,王坤和他的合作者使用元素钾(K)的稳定同位素来估计不同行星体上挥发性元素的存在、分布和丰度。

钾是一种中等挥发性的元素,但科学家们决定将其作为一种更易挥发的元素和化合物的示踪剂,如水。这是一种相对较新的方法,与之前利用遥感和化学分析收集的钾钍比来确定火星曾经拥有的挥发性物质数量的尝试不同。在以前的研究中,该研究小组的成员使用钾示踪法来研究月球的形成。

王坤和他的团队测量了20块先前确认的火星陨石的钾同位素组成,这些陨石被选为代表红色星球的大量硅酸盐组成。

利用这种方法,研究人员确定火星在形成过程中比地球损失了更多的钾和其他挥发性物质,但比月球和小行星4-Vesta保留了更多的这些挥发性物质,这两个小行星比地球和火星小得多,也更干燥。研究人员发现,在天体大小和钾的同位素组成之间有明确的关联。

"该研究的共同作者、华盛顿大学地球和行星科学研究教授Katharina Lodders说:“分化的行星中的挥发性元素及其化合物的丰度远远低于原始未分化的陨石的原因一直是一个长期的问题。发现K同位素组成与行星重力的相关性是一个新的发现,对分化的行星何时以及如何接收和失去它们的挥发性物质具有重要的定量意义。”

“火星陨石是我们唯一可以用来研究火星主体化学构成的样本,”王坤说。“那些火星陨石的年龄从几亿年到40亿年不等,记录了火星的挥发性演变历史。通过测量中等挥发性元素的同位素,如钾,我们可以推断出散装行星的挥发性消耗程度,并在不同太阳系天体之间进行比较。”

“火星表面曾经有液态水是不争的事实,但是仅仅通过遥感和漫游车研究,火星曾经总共有多少水是难以量化的,”王坤说。“现在有许多关于火星大量水含量的模型。在其中一些模型中,早期的火星甚至比地球更湿。我们不相信是这样的情况。”

研究人员指出,这些发现对寻找火星以外的其他行星上的生命有影响。离太阳太近(或者,对于系外行星来说,离它们的恒星太近)会影响一个行星体可以保留的挥发性物质的数量。这种与恒星的距离测量通常被计入恒星周围"宜居区"的指数中。

该研究的共同作者、瑞士伯尔尼大学空间和宜居性中心的 Klaus Mezger 说:“这项研究强调,行星有一个非常有限的尺寸范围,可以有足够但不多的水来发展一个宜居的表面环境。这些结果将指导天文学家在其他太阳系中寻找可居住的系外行星。”

研究人员现在认为,对于处于宜居区的行星,在思考一颗系外行星是否可以支持生命时,行星的大小可能应该得到更多的强调和常规考虑。

研究人员称:“一颗系外行星的大小是最容易确定的参数之一。根据大小和质量,我们现在知道一颗系外行星是否是生命的候选者,因为决定挥发性保留的第一阶因素是大小。”

相关报道:新的理论认为火星是因为太小而无法保留水

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:科学家们发现了火星在遥远的过去有水的证据,尽管这颗红色星球今天在其表面没有液态水。科学家们正在进行的关于火星的研究的一部分是想弄清楚火星在遥远的过去发生了什么。来自圣路易斯华盛顿大学的一项新研究提出了一个新的理论,即什么可能导致了该星球上水的流失。

这个新理论表明,火星可能太小,无法在其表面保持大量的液态水。美国宇航局的图像显示,火星的地貌特征有河谷和洪水通道,因此它在遥远的过去很可能有水。高级论文作者Wang Kun研究员认为,岩质行星要保留足够的水以实现我们所知的生命,在尺寸要求上有一个阈值。

该项目研究人员研究了钾的同位素,以估计太阳系中各种行星体上挥发性元素的存在、分布和丰度。钾只是一种中等程度的挥发性元素,但它被选作追踪器,以寻找其他挥发性元素和化合物,如水。

研究人员测量了20块被证实源自火星的陨石中的钾同位素组成,这些陨石被选为火星上的代表成分。研究小组确定,与地球相比,火星在其形成过程中损失了更多的钾和其他挥发性物质,但与月球和一个名为4-Vesta的小行星(它们是较小的岩石体)相比,火星的挥发性物质保留得明显更好。

研究小组发现行星体的大小和钾同位素的组成之间有明确的关联。研究人员还指出,他们不相信火星在遥远的过去比地球更潮湿,正如一些理论所认为的那样。

相关报道:火星大小限制宜居性

(神秘的地球uux.cn报道)据中国科学报(晋楠):水对地球上的生命来说必不可少,科学家已经发现大量证据,表明火星早期历史中存在水。但现在的火星表面并没有液态水。一项新研究提出了一个根本性原因:火星可能体积太小,无法保留大量的水。

9月20日发表在美国《国家科学院院刊》的一项研究认为,今天的火星看起来与“蓝色大理石”地球如此不同有一个根本原因。“火星的命运从一开始就注定了。”华盛顿大学艺术与科学学院地球与行星科学助理教授、该研究领衔作者王坤(音译)说,“岩石行星的体积,包括那些体积超过火星的岩石行星,可能有一个临界值以保持足够的水,从而支持其宜居性和板块构造。”

研究团队测量了之前确认的20块火星陨石的钾同位素组成,这些陨石代表了火星的块状硅酸盐组成。他们确定火星在形成过程中比地球损失了更多的钾和其他挥发物,但保留了比月球和灶神星更多的挥发物,后两个天体比地球和火星小得多,也干燥得多。

研究人员发现,行星大小和钾同位素组成之间存在明确的关联。“在火星等行星中,挥发性元素及其化合物的丰度远低于原始未分化的陨石,这是一个长期存在的问题。”该研究共同作者、华盛顿大学教授Katharina Lodders说,“这是一项新发现,对于不同的行星何时以及如何保留和失去它们的挥发物具有重要的定量意义。”

“火星表面曾经有液态水,这是无可争议的,但仅通过遥感和漫游者机器人开展研究,很难量化火星上曾经有多少水。”王坤说,“有很多关于火星水分含量的模型。早期火星的一些地区甚至比地球还要潮湿。我们认为情况并非如此。”

研究人员指出,这一发现对寻找火星以外的其他行星上的生命具有启示意义。离太阳太近(或者距离其恒星太近的系外行星)会影响行星体能够保留的挥发物数量。这种距离测量经常被纳入恒星周围“宜居带”的指数中。

王坤认为,对于位于宜居带内的行星来说,人们在考虑一颗系外行星能否孕育生命时,应该强调行星的大小,并纳入常规考虑。

相关论文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.2101155118




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