火星可能太小而无法宜居

新的研究表明,在孕育能够留住水分并维持生命的星球时,大小至关重要。
An illustration of Earth next to Mars, comparing sizes. Earth is bigger.
火星显然没有达到行星大小能够良好保持水分的标准。NASA

大量的行星研究表明,火星曾经水流潺潺,即使它现在没有水。但火星为何未能留住其湖泊和水库,导致其如今成为一片干旱多岩的土地,这仍然是一个悬而未决的问题——尽管新的研究表明这与大小有关。 

火星是一颗相当小的行星。它的直径仅略大于地球的一半,质量也只有地球的十分之一左右。由于其紧凑的体积,火星可能从未有机会保持其水面。新的研究表明,火星的小尺寸和弱重力使得水分更容易逃逸到行星稀薄的大气层中,并消失到太空中。这些发现发表在《美国国家科学院院刊》上。

华盛顿圣路易斯大学的行星科学家、该论文的资深作者昆·王(Kun Wang)在声明中表示:“火星的命运从一开始就已注定。岩石行星要想留住足够的水以支持宜居性和板块构造,可能存在一个大小门槛,其质量需要超过火星。”

研究团队检查了 20 颗火星陨石,并分析了挥发性钾的含量。这是因为钾同位素可以作为“示踪剂”,指示水分在行星表面上可能如何反应。他们检查的陨石年龄从 2 亿年到 40 亿年不等。通过分析不同年龄的陨石,他们得以了解钾含量(以及间接的水分含量)如何随时间变化。他们发现,在太阳系形成初期,火星损失元素的速率比地球快,但比月球慢。 

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王在接受NPR 采访时表示,团队的数据显示,即使是最古老的陨石也存在这种趋势,这表明火星的水几乎立即就开始枯竭。他还补充说,火星上的一些水确实存在了足够长的时间,足以雕刻出峡谷和河床。但这很可能只持续了这么长时间,是因为在火星大气层冷却时发生了冻结。 

新的发现可能有助于未来天文学家寻找生命。如果行星的大小能够可靠地预测是否存在水分,那么这可以帮助行星科学家快速轻松地排除不太可能的候选者。

王在声明中说:“系外行星的大小是我们最容易确定的参数之一。基于大小和质量,我们现在就知道一颗系外行星是否是生命的候选者,因为挥发物保留的首要决定因素就是大小。”

斯坦福大学卡弗里粒子物理与宇宙学研究所副主任布鲁斯·麦金托什(Bruce Macintosh)在接受《NPR》采访时表示:“这确实可能表明行星要想真正宜居,存在一个最小尺寸限制。了解这个最小限制很重要——有证据表明小行星比大行星更普遍,所以如果小行星是干燥的,那么潜在宜居世界的数量可能比我们原先设想的要少。”

 

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Hannah Seo

特约撰稿人,科学

Hannah Seo 是 Popular Science 的科学撰稿人。她于 2020 年以实习生身份加入,此后一直为 Popular Science 的网站和季度杂志定期投稿。Hannah 的报道涵盖了从 COVID-19 到罕见的考古发现等各种主题,她总是乐于讨论奇特的海洋生物或神经心理学的奥秘。


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