由加州理工學院領導的一個行星研究小組已經確定了古代火星能夠在早期維持足夠溫暖以容納水和可能存在生命的化學機制。
亞當斯等人。據估計，火星經歷了持續時間長達 4000 萬年的間歇性溫暖期，每次事件持續約 10 萬年。圖片來源：M. Kornmesser / ESO / N. Risinger，skysurvey.org。
加州理工學院和哈佛大學的研究員丹尼卡·亞當斯博士說：“火星上是否存在液態水一直是一個謎，因為火星距離太陽較遠，而且太陽早期也比較暗淡。”
“此前，氫被認為是一種神奇的成分，它與火星大氣中的二氧化碳混合，引發了溫室效應。”
“但是大氣中氫氣的壽命很短，因此需要進行更詳細的分析。”
在這項研究中，亞當斯博士和同事使用光化學模型來填充早期火星大氣與氫的關係的細節，以及這種關係如何隨著時間的推移而變化。
“早期的火星是一個失落的世界，但如果我們提出正確的問題，它可以被詳細地重建，”哈佛大學教授羅賓·華茲華斯說。
“這項研究首次綜合了大氣化學和氣候，做出了一些驚人的新預測——一旦我們將火星岩石帶回地球，這些預測就可以進行測試。”
作者修改了一個名為“動力學”的模型來模擬氫氣和其他氣體的組合如何與地面和空氣反應控制早期火星氣候。
他們發現，在 4 至 30 億年前的火星諾亞紀和西方紀時期，火星經歷了大約 4000 萬年的間歇性暖期，每次事件持續 10 萬年或更長時間。
這些估計與當今火星的地質特徵一致。
溫暖潮濕的時期是由地殼水合作用或水流失到地面驅動的，這些水提供了足夠的氫氣在數百萬年的時間裡在大氣中積累。
在溫暖和寒冷氣候之間的波動期間，火星大氣的化學成分也在波動。二氧化碳不斷受到陽光的照射並轉化為一氧化碳。
在溫暖時期，一氧化碳可以再循環回二氧化碳，從而使二氧化碳和氫氣占主導地位。
但如果溫度足夠長，回收速度就會減慢，產生一氧化碳，並產生更還原的狀態，也就是氧氣更少。
因此，隨著時間的推移，大氣的氧化還原狀態發生了巨大的變化。
“我們已經確定了所有這些交替的時間尺度，”亞當斯博士說。
“我們已經在同一個光化學模型中描述了所有的部分。”
這項建模工作為了解溫暖時期支持生命前化學（我們所知的晚年生命的基礎）的條件以及寒冷和氧化期間生命持續存在的挑戰提供了潛在的新見解。
研究人員開始利用同位素化學模型尋找這些交替的證據。
他們計劃將這些結果與即將到來的火星樣本返回任務的岩石進行比較。
由於與地球不同，火星缺乏板塊構造，因此今天看到的表面與很久以前相似，這使得它的湖泊和河流的歷史更加有趣。
亞當斯博士說：“這對於行星如何隨著時間的推移演化來說是一個非常好的案例研究。”
這學習發表在雜誌上自然地球科學。
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D·亞當斯等人。早期火星上因地殼水合作用而出現間歇性溫暖氣候。納特。地球科學，2025 年 1 月 15 日在線發布；號碼：10.1038/s41561-024-01626-8
