臺北市立天文科學教育館

火星上曾經覆蓋的水去哪裡了？科學家已確認，部分水分滲入了地下深處，那麼其餘的水呢？最新研究顯示，一部分水分子分解成原子後，會上升至火星大氣層頂端，並最終逃逸到太空。

從火星的地貌特徵可以推測，火星過去是一個非常濕潤的星球。科學家已知，在過去的30億年中，至少有部分水進入了地下深處，但剩下的水去了哪裡？如今，天文學家結合哈伯太空望遠鏡和火星大氣與揮發物演化探測器（MAVEN）的數據，得出了最新結論：火星上的水有兩個主要去處，一是凍結在地下，二是水分子被分解為原子，並從大氣層頂端逃逸至太空。不過，由於目前對這些原子逃逸過程的物理機制仍存在不確定性，因此無法準確估算火星最初的水量。

目前認為，火星大氣中的氣態水源自於極地冰冠中固態水的昇華。這些水分子在大氣層中受到紫外線照射後分解為氫原子和氧原子。由於氘（氫的同位素，帶有一個中子）質量是普通氫的兩倍，氘逃逸至太空的速度比普通氫慢得多。隨著時間推移，火星大氣中的氘相對於氫的比例逐漸增加。最新觀測顯示，火星大氣中的氘氫比是地球海洋的5到8倍。假設火星原始水源的氘氫比例與地球相同，這表示火星上部分水分被分解為原子並逃逸至太空。

此外，研究還發現，火星上層大氣中氫和氘原子的密度及其逃逸至太空的速率呈現顯著的季節性變化。在火星位於近日點（即南半球夏季）時，氫和氘原子的密度比遠日點高出5到20倍，逃逸速率更是高出10到100倍。這說明氫和氘原子的變化與水分子在太陽紫外線作用下被分解的速率密切相關。如果沒有水分解的過程，氫和氘原子的密度及其逃逸速率應該不會出現如此大的波動。

這次研究首次提供了火星氫和氘原子逃逸至太空的完整圖像。透過分析這些原子當前的逃逸模式，研究團隊試圖解開過去30億年間火星水資源消失的謎團，並將進一步推算更早期的情況。（編輯 / 段皓元）

資料來源：ScienceAdvances