撰文：夏米拉.库图努尔                               6月4日

这位艺术家的概念图，描绘了早期火星环境（右），其中液态水和更厚的大气层，与今天看到的寒冷干燥的环境（左）形成鲜明对比。（图片：NASA 的戈达德太空飞行中心）
    在轨道上飞行近十年后，美国宇航局的 MAVEN 航天器，首次直接观察到了，科学家们长期以来一直怀疑，导致火星大气层流失的过程。
    这项研究结果于 5 月 28 日发表在《科学进展》杂志上，可能有助于回答一个长期存在的问题，即火星如何从一个拥有河流和湖泊的、潜在的宜居世界，转变为我们今天看到的几乎冰冻的沙漠。

尽管今天的火星干燥、寒冷且几乎没有空气，但它的表面却刻有明显的证据表明过去更加潮湿。类似于古老河谷、湖床和仅在水存在下形成的矿物的特征表明，数十亿年前，流淌在火星表面的长寿湖泊，甚至可能是浅海。 然而，要使液态水持续存在，火星需要更稠密的大气层来捕获热量并维持更高的表面压力。了解大气层何时以及如何消失，对于重建火星的气候演变，以及确定火星可能保持宜居状态的时间至关重要。

在过去的十年里，科学家们收集了越来越多的证据表明，太阳风（太阳不断发射的电离粒子流）和辐射带走了火星大气层的大部分。这种侵蚀背后最重要的机制之一，是一种称为溅射的过程，其中来自太阳风的高能粒子与行星的上层大气相撞。原则上，这些碰撞将足够的能量传递给中性原子，并帮助它们摆脱行星的引力，将它们抛向太空。
    “这就像在游泳池里做炮弹，”领导这项新研究的科罗拉多大学博尔德分校 MAVEN 任务的首席研究员香农·库里在一份声明中说。“在这种情况下，炮弹使重离子非常快速地撞击大气层，并将中性原子和分子溅出。”
    虽然长期以来一直怀疑，溅射是火星气候演变的关键因素，但这是第一次直接观察到这一过程。使用 MAVEN 航天器的 9 年数据，库里和她的同事捕捉到了当今火星上的溅射。

通过结合来自 MAVEN 的三台仪器的数据，研究人员创建了火星上层大气中氩（一种惰性气体）的详细地图。氩是这种大气逸出的理想示踪剂，因为它具有化学惰性、重量重且不带电。这使得它不太可能与其他大气过程相互作用，这意味着任何显著的氩损失，都会成为溅射的明显示踪剂。

事实上，这项新的研究报告称，MAVEN 在太阳风粒子与火星大气相撞的高度，检测到了最高浓度的氩气。根据这项新研究，它的存在远高于科学家预期它在火星引力下自然飘荡的位置，因此这些发现提供了直接证据，证明溅射正在积极地从火星上提升和移除分子。
    研究指出，这个过程甚至可能是火星曾经厚厚的大气层消失的驱动力，以及随之而来的它在表面容纳液态水的能力。
    根据这项新研究，MAVEN 的数据还显示，这个过程的发生速度比模型之前预测的要高四倍。它在太阳风暴期间变得更加明显，这可能让我们得以一窥在火星早期历史中，当火星更容易受到太阳能量的影响时，这个过程可能会更加激烈。

科学家们怀疑这个过程在数十亿年前特别强烈，当时太阳更加活跃，火星已经失去了保护性磁场。没有这个磁屏蔽，火星大气层很容易受到太阳风的全部力量的影响，加速其侵蚀，并将火星推过一个临界点---液态水无法再存在。
    “这些结果确定了溅射在火星大气层消失，和确定火星上水在历史中的作用，”库里在声明中说。
    为了完全确定溅射是否确实是火星长期气候变化的主要驱动因素，科学家们需要使用模型、同位素数据和古老的气候线索来窥视数十亿年的过去。只有这样，他们才能判断溅射是否仅仅擦过了火星大气层的边缘——还是剥离了它。