“地球双胞胎”金星是如何失去水并变成地狱般的行星的

降法讲顾

一幅插图显示了水以氢原子的形式流失到太空中。（图片来源：urore Simonet/大气与空间物理实验室/科罗拉多大学博尔德分校）

据美国太空网（Robert Lea）：科学家们可能已经确定了一种分子，它在夺走金星的水分方面发挥了关键作用，并将这颗行星变成了我们今天看到的干旱、地狱般的世界。

金星通常被称为“地球的双胞胎”，因为这两颗行星的大小和密度大致相同；它们也是位于太阳系内部区域的岩石行星。然而，在许多关键方面，金星与地球非常相似。

虽然我们的星球上充满了生命，但距离太阳第二远的金星实际上是一个地狱。它是太阳系中最热的行星（甚至比离太阳最近的水星还热），温度约为880华氏度（471摄氏度）。热得足以熔化铅。此外，金星的表面压力非常可怕。

重要的是，金星也缺乏地球上丰富的生命元素：水。尽管这颗行星位于太阳所谓的“金发姑娘区”内，指的是我们恒星周围既不太热也不太冷的区域，不允许液态水存在，尽管科学家们知道金星可能曾经有水。

事实上，数十亿年前，人们认为金星的水资源与地球一样多，但在其进化过程中的某个时刻，金星大气层中的二氧化碳云引发了太阳系最强烈的失控温室效应。这使得气温飙升到今天的水平。这引发了地球上的水蒸发，之后又流失到太空中。

然而，即使考虑到这一过程，科学家们也不知道金星是如何变得如此沙漠化的，也不知道它是如何仍在失去留给太空的少量水分的。现在，科罗拉多大学博尔德分校的一组科学家可能通过讲述他们所说的“金星上的水故事”，发现了这一过程的秘密

“水对生命来说真的很重要，”联合团队负责人、大气与空间物理实验室（LASP）的科学家Eryn Cangi在一份声明中说，“我们需要了解宇宙中支持液态水的条件，以及可能产生今天金星非常干燥状态的条件。”。

“我们正试图弄清楚每个星球上发生了哪些微小的变化，从而将它们推向这些截然不同的状态。”

嘿，邻居！要不要一杯水？

为了说明行星邻居地球和金星的含水量差异，Cangi解释说，如果我们星球上的所有水都均匀地分布在其表面，它将形成一个几乎2英里（3.2公里）深的全球层。对金星采取同样的措施，将大气中剩余的水剥离，将形成一个只有1.2英寸（3厘米）深的全球层。

“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，”联合团队负责人、LASP科学家Michael Chaffin在声明中解释道。

为了确定它是如何达到目前的状态的，Cangi、Chaffin和同事们使用了这颗行星的计算机模型，将其视为一个巨大的化学实验室。这使他们能够更好地观察金星旋转大气层中发生的各种反应，并确定其水分损失的嫌疑人。



金星和地球的并排尺寸比较。（图片来源：NASA/Robert Lea（与Canva共同创作））

研究小组发现，金星大气层中的一种叫做HCO+的分子，由一个氢原子、一个碳原子和一个氧原子组成，可能负责将地球上最后的水输送到太空。

坎吉说：“比方说，我把水瓶里的水倒了。”。“还会有一些水滴残留。”

从本质上讲，HCO+可能会将这些液滴从金星的大气层中清除。事实上，同一个团队此前曾表示，HCO+也是导致地球另一个邻居火星缺水的罪魁祸首。

研究人员表示，HCO+在金星大气中不断产生，但这些离子不会存活很长时间。离子是一种带正电荷或带负电荷的分子，由于缺乏平衡质子正电荷所需的一些电子，或者具有额外的电子在分子中产生净负电荷而获得电荷。

HCO+缺乏平衡分子质子正电荷所需的电子，因此带正电荷（因此为+符号）。

金星大气层中的电子迅速与HCO+复合，导致分子一分为二。研究小组认为，从那里，氢原子会迅速逃逸，甚至可能逃逸到太空中。氢原子形成了水分子（H2O）的两个成分，水分子由两个氢原子和一个氧原子组成，因此这剥夺了金星的水的主要成分。

该团队认为，金星要达到极端干燥状态，其大气层中一定有过量的HCO+分子。

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。”。



DAVINCI任务的探测器穿过金星大气层的插图。（图片来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）

然而，这个结论有一个很大的障碍。到目前为止，我们从未在金星的大气层中看到过HCO+。

然而，Chaffin和Cangi并不认为这是因为分子不在那里，而是因为人类缺乏看到它所需的仪器。尽管许多来自地球的航天器已经造访了地球的邻居火星，但很少有任务出现在我们的另一个邻居金星上，而且这些航天器都没有合适的设备来看到HCO+。

但未来的许多太空任务都将目光投向了金星。美国国家航空航天局的深大气层金星稀有气体、化学和成像调查（DAVINCI）任务是一项特别重要的任务。DAVINCI将于2029年发射，它将在金星灼热的大气层中放置一个探测器，以确定世界的化学成分。

然而，即使是DAVINCI也没有合适的设备来检测HCO+。

尽管如此，该团队希望，由于DAVINCI（以及欧洲航天局即将到来的EnVision任务），人们将对金星产生普遍的兴趣，最终导致一项确实能够探测HCO+的太空任务，从而增加该团队失水故事的真实性。

坎吉总结道：“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。”

该团队的研究于周一（5月6日）发表在《自然》杂志上。