火星曾经是一颗非常潮湿的行星，这一点从它的地表地质特征就能看出来。科学家们知道，在过去的30亿年里，至少有一些水流到了火星地下深处。那么，剩下的水呢？
    水只有两个去处——可以冻结在地上，或者水分子分解成原子，然后原子借由大气逃逸到太空中。要了解有多少水以及水发生了什么变化，我们需要了解原子是如何逃逸到太空中的。最近，科学家们测量了逃逸到太空中的氢原子的数量，推断逃逸率，并借此了解这颗红色星球上水的历史。

火星在远日点（图上）和近日点（图下）附近的图像。
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    火星大气中的水分子会被阳光分解成氢原子和氧原子。具体来说，研究小组测量的是氢和氘，氘是原子核中含有一个中子的氢原子，其质量是氢的两倍。由于氘的质量更大，因此它逃逸到太空中的速度比普通的氢慢得多。随着时间推移，氢比氘流失得更多，大气中氘和氢的占比差距逐渐增大。通过测量这一比例当前的数值，科学家们可以了解到火星温暖潮湿时期有多少水存在。
    研究小组发现，当火星靠近太阳时，氢和氘的逃逸率会迅速发生变化。在科学家们以前的想象中，这些原子会缓慢地通过大气向上扩散，达到可以逃逸的高度。但现在科学家们知道，大气条件变化非常快。当火星靠近太阳时，作为氢和氘来源的水分子会通过大气层迅速上升，然后在高空释放出原子。由于高层大气的温度所限，只有一小部分原子有足够的速度逃离火星引力。而氢和氘的变化如此之快，以至于原子逸出需要额外的能量才能解释得通——比如进入大气层的太阳风质子的碰撞，或者在高层大气中驱动化学反应的阳光。
    研究火星上水的历史不仅是了解太阳系行星的基础，也是了解其他恒星周围地球大小行星的演化基础。相关研究已发表在Science Advances上。

来源 / https://phys.org/news/2024-09-nasa-hubble-maven-mystery-mars.html 中国国家天文