哈勃望远镜帮助揭示了火星失水的速度有多快。（图片来源：uux.cn/NASA/ESA/STScI/John T.Clarke（波士顿大学）。）

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Keith Cooper）：哈勃太空望远镜和美国国家航空航天局火星大气和挥发性演化（MAVEN）任务之间的一项联合研究表明，季节变化会对火星向太空失水的速度产生巨大影响。

30多亿年前，火星温暖湿润，表面有大片水体，大气层更厚。然而，今天的火星荒凉、寒冷、干燥。那么，这些水怎么了？

波士顿大学的约翰・克拉克在一份声明中说：“水只能流向两个地方。”。“它可以冻结在地下，或者水分子可以分解成原子，原子可以从大气层顶部逃逸到太空中。”

火星上仍有大量的水。巨大的水库似乎被深埋在地下11.5至20公里（7.1至12.4英里）的深处。火星内部有足够的水，可以形成1到2公里（0.62到1.24英里）之间的全球等效层（GEL，本质上是指它将形成一个覆盖整个星球的海洋的深度）。

相对少量的水冰也被锁定在浅层永久冻土和火星极地冰盖中。在火星的夏季，这些冰会升华，将水蒸气排放到大气中。大部分水蒸气在两极之间循环，在冬季所在的半球冻结，但有些水蒸气位于高层大气中，在那里太阳紫外线可以使H2O水分子光解，将其分解为组成原子。水中的氧气最终要么氧化火星表面的物质（因此，火星看起来呈铁锈红色），要么与碳结合形成二氧化碳。与此同时，氢原子（或其较重的同位素对应物氘）可以逃逸到太空中（如果它们的能量足以达到逃逸速度），并被太阳风带走。

MAVEN于2014年抵达火星，其任务是测量这种氢气逃逸。

在这些哈勃太空望远镜拍摄的这颗红色星球的图像中，比较了火星大气层的厚度及其在近日点和远日点的水分损失。（图片来源：uux.cn/NASA/ESA/STScI/John T.Clarke（波士顿大学）。）

因为氘是氢的一种重形式，不容易逃离火星大气层，这意味着火星大气层中氘与氢的比例（D/H）是关键，随着时间的推移，氘相对于氢的丰度会随着氢的流失速度的加快而增加。由于地球和火星被认为是从同一来源获得水的，因此30亿至40亿年前火星上水的原始D/H比应该与今天地球上的水相同。今天火星上的D/H比大约是地球上的8到10倍。测量结果存在一定的模糊性，但通过将原始火星的水比率与今天的比率进行比较，同时考虑氢和氘在太空中的损失率，可以向后推断并计算火星在其历史上可能损失了多少水。

根据MAVEN之前的观测，火星已经向太空失去了足够的水，形成了数十至数百米深的凝胶。结合最近在火星内部发现的大量水，这意味着这颗红色星球在遥远的过去富含水。

然而，在哈勃太空望远镜的帮助下，MAVEN现在发现了火星失水故事中一些意想不到的复杂性。这些仪器共同表明，氢的损失率是季节性的，近日点的逃逸率大幅增加，近日点是火星绕太阳轨道上最近的点。这与季节性加热引起的水汽向中层大气的强烈上升流相吻合。在近日点，火星的南半球向太阳倾斜，这颗红色星球被一年一度的沙尘暴季节吞没；空气中的灰尘会导致大气加热和水蒸气含量。

在近日点，MAVEN测量到高层大气中氘和氢的密度分别比远日点高出约5倍和20倍，远日点是火星在椭圆（细长而非圆形）轨道上距离太阳最远的点。在远日点，氘的损失非常微弱，以至于MAVEN甚至没有足够的灵敏度来检测到它。这就是哈勃太空望远镜必须发挥作用的地方，填补空白。观测结果还表明，氘和氢在近日点的逃逸率分别比在远日点高10到100倍。事实上，氘和氢在近日点逃逸得如此之快，以至于唯一限制它们的是大气中可用的水蒸气量。

克拉克说：“近年来，科学家们发现火星的年周期比人们10年或15年前预期的要动态得多。整个大气层非常动荡，在短时间内，甚至在几个小时内升温和降温。随着火星太阳亮度在火星一年内变化40%，大气层会膨胀和收缩。”

在解释氘损失时，这确实提出了一个难题，氘损失似乎比普通热逃逸的预期更大，在普通热逃逸中，氘原子的温度足够高，可以携带进入太空所需的能量。为了提高氘的损失率，使其与火星上观测到的D/H比相匹配，需要从某个地方向大气中额外注入能量。这可能来自太阳风上的质子进入大气层并与氘原子碰撞，或者来自太阳紫外线的化学反应，这些反应可以给氘额外的刺激。

该发现于7月26日发表在《科学进展》杂志上。