与数十亿年前相比，金星几乎没有水：新研究可能揭示原因

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今天的金星是干燥的，这要归功于水以氢原子的形式流失到太空中。在主要损失过程中，HCO+离子与电子重组，产生快速的H原子（橙色），利用CO分子（蓝色）作为发射台逃逸。来源：Aurore Simonet/大气与空间物理实验室/科罗拉多大学博尔德分校

据科罗拉多大学博尔德分校：科罗拉多大学博尔德分校的行星科学家发现了金星，地球上滚烫且不适合居住的邻居，是如何变得如此干燥的。

这项新研究填补了研究人员所说的“金星上的水故事”中的一大空白。通过计算机模拟，研究小组发现，金星大气层中的氢原子通过一种被称为“离解复合”的过程呼啸进入太空，导致金星每天损失的水大约是之前估计的两倍。

研究小组于5月6日在《自然》杂志上发表了他们的发现。

这一结果可能有助于解释银河系中许多行星中的水会发生什么。

“水对生命真的很重要，”大气与空间物理实验室（LASP）的研究科学家、这篇新论文的共同首席作者Eryn Cangi说。“我们需要了解宇宙中支持液态水的条件，这可能产生了今天金星非常干燥的状态。”

她补充道，金星确实很干燥。如果你把地球上所有的水都像烤面包上的果酱一样撒在地球上，你会得到大约3公里（1.9英里）深的液体层。如果你在金星上做同样的事情，那里所有的水都被困在空气中，你最终只剩下3厘米（1.2英寸），几乎不足以弄湿你的脚趾。

该研究的共同主要作者、LASP的研究科学家Michael Chaffin说：“金星的水量是地球的10万倍，尽管它的大小和质量基本相同。”。

在目前的研究中，研究人员使用计算机模型将金星理解为一个巨大的化学实验室，放大了金星旋转大气层中发生的各种反应。该组织报告称，金星大气层中一种名为HCO+（一种由氢、碳和氧各一个原子组成的离子）的分子可能是该行星逃逸水的罪魁祸首。

对于这项研究的联合首席作者Cangi来说，这些发现揭示了为什么曾经看起来与地球几乎一模一样的金星今天几乎无法辨认的新线索。

坎吉于2023年在科罗拉多大学博尔德分校获得天体物理学和行星科学博士学位，她说：“我们正试图弄清楚每颗行星上发生了什么微小的变化，将它们推向这些截然不同的状态。”。

溅水

她指出，金星并不总是这样的沙漠。

科学家们怀疑，数十亿年前，在金星形成的过程中，这颗行星接收的水大约和地球一样多。在某个时刻，灾难降临了。金星大气层中的二氧化碳云引发了太阳系中最强大的温室效应，最终将金星表面的温度提高到900华氏度。在这个过程中，金星上所有的水都蒸发成蒸汽，大部分飘到了太空。

但这种古老的蒸发并不能解释为什么金星像今天这样干燥，也不能解释它是如何继续向太空流失水分的。

“比方说，我把水瓶里的水倒了。还会剩下一些水滴，”Chaffin说。

然而，在金星上，几乎所有剩下的水滴也消失了。根据这项新研究，罪魁祸首是难以捉摸的HCO+。

金星任务

Chaffin和Cangi解释说，在行星高层大气中，水与二氧化碳混合形成这种分子。在之前的研究中，研究人员报告说，HCO+可能是火星失去大量水的原因。

以下是它在金星上的工作原理：HCO+在大气中不断产生，但单个离子不会存活很长时间。大气中的电子找到这些离子，然后重新组合，将离子一分为二。在这个过程中，氢原子迅速逃逸，甚至可能完全逃逸到太空——夺走金星水的两种成分之一。

在这项新的研究中，该小组计算出，解释金星干燥状态的唯一方法是，金星大气层中的HCO+含量是否大于预期。研究小组的发现有一个转折点。科学家从未在金星周围观测到HCO+。Chaffin和Cangi认为这是因为他们从来没有合适的仪器。

虽然近几十年来有几十次任务访问了火星，但从太阳到第二颗行星的航天器要少得多。没有人携带能够探测HCO+的仪器，HCO+为团队新发现的逃生路线提供动力。

Chaffin说：“这项工作的一个令人惊讶的结论是，HCO+实际上应该是金星大气层中最丰富的离子之一。”。

然而，近年来，越来越多的科学家将目光投向了金星。例如，美国国家航空航天局计划的深大气层金星稀有气体、化学和成像调查（DAVINCI）任务将把一个探测器穿过行星的大气层一直降落到表面。它计划在本世纪末推出。

DAVINCI也无法探测到HCO+，但研究人员希望未来的任务可能会揭示金星上水的另一个关键部分。

坎吉说：“金星的任务还不多。”。“但新计划的任务将利用数十年的集体经验和对金星的浓厚兴趣，探索行星大气层、进化和宜居性的极端。”