研究人員發現，由於氫原子逃逸到太空中的”解離重組”過程，金星失去的水比以前想像的要多得多。科羅拉多大學博爾德分校的行星科學家發現了金星–地球滾燙且不適合居住的鄰居–是如何變得如此乾燥的。

由於水以氫原子的形式流失到太空中，金星如今十分乾燥。在主要的流失過程中，HCO+ 離子與電子重新結合，產生速度極快的氫原子（橘色），這些氫原子利用CO 分子（藍色）作為發射台逃逸。資料來源：Aurore Simonnet / 科羅拉多大學博爾德分校大氣與太空物理實驗室

這項新研究填補了研究人員所謂的”金星上水的故事”中的一大空白。研究團隊利用電腦模擬發現，金星大氣中的氫原子透過一種被稱為”解離重組”的過程呼嘯著進入太空，導致金星每天流失的水量大約是先前估計的兩倍。

研究小組於5 月6 日在《自然》雜誌上發表了他們的研究成果。這些結果有助於解釋銀河系中許多行星上的水是如何形成的。

大氣與太空物理實驗室（LASP）的研究科學家、新論文的共同第一作者埃林-坎吉（Eryn Cangi）說：”水對於生命來說真的很重要。我們需要了解宇宙中支持液態水的條件，這些條件可能產生了今天金星非常乾燥的狀態。

她補充說，金星確實很乾。如果把地球上所有的水像塗果醬一樣塗在地球上，只會得到一個大約3 公里（1.9 英里）深的液體層。如果在金星上做同樣的事情，由於所有的水都被困在空氣中，最終只有3厘米（1.2英寸）深，勉強夠把腳趾弄濕。

這項研究的共同第一作者、LASP 的研究科學家邁克爾-查芬（Michael Chaffin）說：”金星的水量比地球少10 萬倍，儘管它的大小和質量基本相同。”

在目前的研究中，研究人員使用電腦模型將金星理解為一個巨大的化學實驗室，放大金星漩渦狀大氣中發生的各種反應。研究團隊報告說，金星大氣層中一種名為HCO+（由氫、碳和氧各一個原子組成的離子）的分子可能是金星逸出水的罪魁禍首。

對於這項研究的共同第一作者坎吉來說，這些發現揭示了新的線索，為什麼金星可能曾經看起來與地球幾乎一模一樣，但今天卻面目全非。

坎吉於2023 年在中大博爾德分校獲得了天體物理和行星科學博士學位，她說：「我們正試圖弄清楚每顆行星上發生了哪些微小的變化，促使它們進入這些截然不同的狀態。

她指出，金星在歷史上並不總是像現在這樣的沙漠狀態。科學家猜測，數十億年前，在金星形成的過程中，金星獲得了與地球差不多多的水。不知何時，災難降臨了。金星大氣層中的二氧化碳雲團引發了太陽系中最強大的溫室效應，最終使地表溫度升高到華氏900 度。在這個過程中，金星的​​水全部蒸發成了蒸汽，大部分都飄散到了太空。

但這種古老的蒸發無法解釋為什麼金星會像今天這樣乾燥，也無法解釋它是如何不斷向太空流失水分的。

“打個比方，如果我把水瓶裡的水倒掉。還會剩下幾滴水，」Chaffin 說。 “然而，在金星上，幾乎所有剩餘的水滴也都消失了。根據這項新研究，罪魁禍首就是難以捉摸的HCO+。”

查芬和坎吉解釋說，在行星高層大氣中，水與二氧化碳混合形成這種分子。在先前的研究中，研究人員報告說，HCO+ 可能是火星失去大量水分的原因。

金星上的工作原理如下：大氣中不斷產生HCO+，但單一離子存活時間不長。大氣層中的電子會發現這些離子，並重新結合，將離子一分為二。在這個過程中，氫原子被拉走，甚至可能完全逃逸到太空中–奪走了金星水的兩個組成部分之一。

在新的研究中，研究小組計算出，解釋金星乾燥狀態的唯一方法是金星大氣中的HCO+ 含量超過預期。研究小組的發現有一個轉捩點。科學家從未在金星周圍觀測到HCO+。 Chaffin和Cangi認為，這是因為他們從未有過合適的儀器進行觀測。

近幾十年來，已經有數十次任務訪問了火星，但前往距離太陽第二顆行星的太空船卻少得多。沒有一個太空船攜帶的儀器能夠偵測到HCO+，而HCO+ 正是研究團隊新發現的逃脫路線的動力。

Chaffin說：「這項工作令人驚訝的結論之一是，HCO+實際上應該是金星大氣中最豐富的離子之一。”

然而近年來，越來越多的科學家將目光投向了金星。例如，美國國家航空暨太空總署（NASA）計劃進行的金星深層大氣惰性氣體、化學和成像調查（DAVINCI）任務，將把一個探測器穿過金星的大氣層，一直投放到金星表面。它計劃在本十年末發射。

DAVINCI 也無法探測到HCO+，但研究人員希望，未來的任務可能會揭示金星上水的另一個關鍵部分。

“前往金星的任務並不多，但新計劃的任務將利用數十年的集體經驗和人們對金星的濃厚興趣，探索行星大氣、進化和宜居性的極端情況。”

編譯來源：ScitechDaily