由加州理工学院领导的一个行星研究小组已经确定了古代火星能够在早期维持足够温暖以容纳水和可能存在生命的化学机制。
亚当斯等人。据估计，火星经历了持续时间长达 4000 万年的间歇性温暖期，每次事件持续约 10 万年。图片来源：M. Kornmesser / ESO / N. Risinger，skysurvey.org。
加州理工学院和哈佛大学的研究员丹尼卡·亚当斯博士说：“火星上是否存在液态水一直是一个谜，因为火星距离太阳较远，而且太阳早期也比较暗淡。”
“此前，氢被认为是一种神奇的成分，它与火星大气中的二氧化碳混合，引发了温室效应。”
“但是大气中氢气的寿命很短，因此需要进行更详细的分析。”
在这项研究中，亚当斯博士和同事使用光化学模型来填充早期火星大气与氢的关系的细节，以及这种关系如何随着时间的推移而变化。
“早期的火星是一个失落的世界，但如果我们提出正确的问题，它可以被详细地重建，”哈佛大学教授罗宾·华兹华斯说。
“这项研究首次综合了大气化学和气候，做出了一些惊人的新预测——一旦我们将火星岩石带回地球，这些预测就可以进行测试。”
作者修改了一个名为“动力学”的模型来模拟氢气和其他气体的组合如何与地面和空气反应控制早期火星气候。
他们发现，在 4 至 30 亿年前的火星诺亚纪和西方纪时期，火星经历了大约 4000 万年的间歇性暖期，每次事件持续 10 万年或更长时间。
这些估计与当今火星的地质特征一致。
温暖潮湿的时期是由地壳水合作用或水流失到地面驱动的，这些水提供了足够的氢气在数百万年的时间里在大气中积累。
在温暖和寒冷气候之间的波动期间，火星大气的化学成分也在波动。二氧化碳不断受到阳光的照射并转化为一氧化碳。
在温暖时期，一氧化碳可以再循环回二氧化碳，从而使二氧化碳和氢气占主导地位。
但如果温度足够长，回收速度就会减慢，产生一氧化碳，并产生更还原的状态，也就是氧气更少。
因此，随着时间的推移，大气的氧化还原状态发生了巨大的变化。
“我们已经确定了所有这些交替的时间尺度，”亚当斯博士说。
“我们已经在同一个光化学模型中描述了所有的部分。”
这项建模工作为了解温暖时期支持生命前化学（我们所知的晚年生命的基础）的条件以及寒冷和氧化期间生命持续存在的挑战提供了潜在的新见解。
研究人员开始利用同位素化学模型寻找这些交替的证据。
他们计划将这些结果与即将到来的火星样本返回任务的岩石进行比较。
由于与地球不同，火星缺乏板块构造，因此今天看到的表面与很久以前相似，这使得它的湖泊和河流的历史更加有趣。
亚当斯博士说：“这对于行星如何随着时间的推移演化来说是一个非常好的案例研究。”
这学习发表在杂志上自然地球科学。
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D·亚当斯等人。早期火星上因地壳水合作用而出现间歇性温暖气候。纳特。地球科学，2025 年 1 月 15 日在线发布；号码：10.1038/s41561-024-01626-8
