区域性沙尘暴增强火星向太空的水分流失:研究

Individual regional dust events can boost planetary water loss by a factor of five to ten and represent an important driver of atmospheric evolution on Mars, according to an analysis of data collected by a trio of spacecraft: NASA’s Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), ESA’s Trace Gas Orbiter (TGO), NASA’s Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) orbiter.

这幅艺术家的概念图描绘了今天火星上的干燥环境与早期火星环境的对比。图片来源:西蒙弗雷泽大学。

这幅艺术家的概念图描绘了今天火星上的干燥环境与早期火星环境的对比。图片来源:西蒙弗雷泽大学。

尘埃风暴加热火星氛围的高度高度,防止水蒸气像往常一样冻结,并让它达到更远。

在较高的火星达到的距离中,水分子容易易受紫外线辐射,这将它们分成其较轻的氢气和氧气的成分。作为最轻的元件,氢气容易损失空间,氧气要么逸出或沉淀回到表面。

行星科学家长期以来,火星在很大程度上在这个过程中失去了大部分水,但他们并没有意识到区域尘暴的重大影响,这几乎每年夏天都发生在星球南半球。

全球包围的尘埃风暴通常每三到四个火星岁月被认为是主要的罪魁祸首,随着火星越来越靠太阳的南半球炎热的夏季。但火星氛围也在较小的区域尘暴期间被加热。

在这项新研究中,一个国际研究小组发现,火星在区域性风暴期间损失的水量是没有区域性风暴的南方夏季的两倍。

2019年1月至2月,区域尘埃风暴期间的航天器轨道罕见的融合允许团队收集前所未有的观察。

MRO测量从表面到约100km(62英里)的温度,灰尘和水 - 凝固浓度。

在相同的高度范围内,TGO测量了水蒸气和冰的浓度。

通过报告氢气量的氢气量来缩小测量,这些氢气在火星最高到达的氢气中,在表面上高于1,000公里(620英里)。

“这是第一次这么多的任务专注于一个事件。我们真的抓住了整个系统的行动,“科罗拉多大学的大气和空间物理实验室迈克尔·克菲博士博士说。

TGO光谱仪在沙尘暴开始前探测到了低层大气中的水蒸气。

通常,火星氛围的温度对于大部分火星年的高度感到寒冷,这意味着在较低的海拔地区的大气中升高的水蒸气冻结。

但随着尘埃风暴起飞,加热较高的气氛,仪器锯水蒸气达到更高的海拔。

沙尘暴开始后,这些仪器在中层大气中发现了10倍多的水,这与MRO的红外辐射计的数据正好吻合。

辐射计测量大气中的温度上升,因为灰尘高于火星。

正如预期的那样,它也看到水 - 冰云消失,因为冰不能再形成温暖的较低的大气层。

来自Maven的紫外光镜的图像确认了这一点。他们表明,在2019年的风暴之前,可以看到冰云在火星的Tharsis地区的飙升火山上方徘徊。

“但当沙尘暴全面展开时,它们完全消失了,沙尘暴结束后又重新出现,”查芬说。

在海拔较高的地方,水汽会被太阳的紫外线辐射分解成氢和氧。

实际上,来自Maven的观察结果显示了这一点,因为它在风暴期间捕获了上层大气层的高层大气刺激。

“该测量与下面100km的水肿胀完美相对应,这是氢的来源,”作者说。

一种在研究结果上发表在期刊上自然天文学

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多发性硬化症。ch.区域沙尘暴加剧了火星水向太空的流失。Nat阿斯特朗,在线发表于2021年8月16日;DOI:10.1038 / S41550-021-01425-W

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