艺术家对早期火星的印象。信贷:ESO / M。Kornmesser / N。Risinger (skysurvey.org)
早期的火星可能是现代土卫六的温暖版本，如果不是更有希望的话，至少也是有希望成为生命起源的地方。
一项新的研究表明，火星诞生时是潮湿的，稠密的大气使海洋在数百万年里由热变暖。这一发现最近发表在《地球与行星科学快报》杂志上。为了得出这一结论，研究人员创建了第一个火星大气演化的模型，该模型将火星熔融形成的高温与第一个海洋和大气的形成联系起来。
因为水蒸气会在大气中较低的高度凝结成云，这个模型表明，与现代地球类似，水蒸气集中在火星的低层大气中，而上层大气是“干燥的”。
另一方面，分子氢(H2)没有凝结，被带到火星的高层大气中，在那里它消失在太空中。这一发现，即水蒸气凝结并在早期火星上保留了下来，但氢分子没有凝结和逸出，使该模型与航天器所做的测量直接相关，特别是火星科学实验室的好奇号漫游者。
“我们相信我们模拟了火星早期历史中被忽视的一章，即火星形成后不久。为了解释这些数据，原始火星大气必须非常稠密(超过现代大气的1000倍)，主要由分子氢(H2)组成，”SETI研究所的研究科学家Kaveh Pahlevan说。
“这一发现意义重大，因为H2在高密度环境中是一种强温室气体。这种稠密的大气会产生强烈的温室效应，使早期的温水到热水海洋在火星表面稳定了数百万年，直到H2逐渐消失在太空中。因此，我们推断，在地球形成之前，火星是潮湿的。”
限制该模型的数据是不同火星样本(包括火星陨石和“好奇号”分析的陨石)的氘与氢(D/H)比(氘是氢的重同位素)。来自火星的陨石大多是火成岩——它们是在火星内部融化，岩浆上升到火星表面时形成的。
溶解在这些内部(来自地幔的)火成岩样品中的水具有与地球海洋相似的氘氢比，这表明这两个行星开始时具有相似的D/H比，它们的水在太阳系早期来自相同的来源。
相比之下，好奇号测量了火星表面一种30亿年前的古老粘土的D/H比，发现这个值大约是地球海洋的3倍。显然，在这些古老的粘土形成的时候，火星表面的水水库——水圈——相对于氢，氘的浓度已经相当高了。已知产生这种水平的氘浓度(或“富集”)的唯一过程是较轻的H同位素优先流失到太空中。
该模型进一步表明，如果火星大气在形成时富含h2(密度是现在的1000倍以上)，那么地表水中氘的含量自然会比内部高2-3倍，这再现了观测结果。与分子氢(H2)相比，氘更倾向于分配到水分子中，后者优先吸收普通的氢并从大气顶部逃逸。
Pahlevan说:“这是第一个发表的自然再现这些数据的模型，给了我们一些信心，我们所描述的大气演化场景与火星早期事件相对应。”
除了好奇行星上最早的环境之外，在SETI研究所寻找地球外生命的过程中，富含h2的大气也很重要。追溯到20世纪中期的实验表明，与生命起源有关的生命起源前分子很容易在富含h2的大气中形成，但在缺乏h2(或更“氧化”)的大气中就不那么容易形成了。这意味着早期的火星是现代土卫六的温暖版本，至少和早期的地球一样有希望成为生命起源的地方，如果不是更有希望的话。
参考文献:Kaveh Pahlevan、Laura Schaefer、Linda T. Elkins-Tanton、Steven J. Desch和Peter R. Buseck“火星水圈氘富集的原始大气起源”，2022年8月24日，《地球与行星科学》。DOI: 10.1016 / j.epsl.2022.117772
