熱會使冰融化,但來自太陽的熱量卻在水星製造冰塊,這是怎麼回事

2020-12-22 萬象經驗

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眾所周知,我們太陽系有八大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。其中水星離地球最近,海王星離地球最遠。離太陽越遠,接收到的熱量也就越少,就越容易結冰。離太陽越近,接收到的熱量越多,也就越不容易結冰。

一般來說,我們認為水星離太陽是如此的近,它接收到的強烈的太陽光使它的表面溫度是如此高,以至於在水星上面不可能有水冰的存在。但是現在的一項研究表明,水星上存在水冰且其含量超乎我們的想像。

雖然灼熱的水星可能不是你想到的第一個尋找冰的地方,但2012年的信使號飛船任務證實,最接近太陽的行星水星確實在兩極附近的永久陰影環形山中有水冰。現在一項關於水星冰的新研究提供了更多關於冰是如何形成的反直覺的細節。科學家說,高溫可能有助於冰的形成。

這項研究的第一作者、喬治亞理工學院化學與生物化學學院的研究員布蘭特·瓊斯說:「這不是什麼奇怪、瘋狂的想法。雖然有點複雜,但基本上都是最基礎的化學反應。這顆行星白天的極度高溫加上永久陰影隕石坑內的超冷(零下200攝氏度)溫度,可能就像一個製冰化學實驗室。」

布蘭特通過郵件告訴我們:「水星上的冰量大得驚人,比月球上的要多得多。」

早在2009年,科學家就確定太陽風中的帶電粒子與月球表面一些塵埃顆粒中的氧氣相互作用產生羥基。羥基(OH)只是一個氫原子和一個氧原子,而不是通常在水裡發現的兩個氫原子。

布蘭特與其他科學家合作,包括同樣來自喬治亞理工學院的同事託馬斯·奧蘭多,以完善對這一過程的理解。2018年,布蘭特發表了一篇論文,表明月球上的這一過程不會產生大量的羥基和水分子。

奧蘭多解釋說:「儘管太陽風在2009年的月球水觀測中被認為是一個潛在的源項,但其機制從未被真正確定。我們在月球上模擬了這一過程,但由於月球上的整體溫度要低得多,所以這一過程的重要性並沒有那麼大。」

但他們知道,這個過程也可能發生在小行星、水星或任何其他被太陽風轟擊的表面上。「為了製造分子水,你還需要一種成分,那就是熱。水星白天的溫度可以達到400攝氏度。」布蘭特說。

水星表層土壤中的礦物質含有所謂的羥基(OH)。來自太陽的極端熱量幫助釋放這些羥基,然後激發它們相互碰撞,產生水分子和氫,這些水分子和氫從水星表面脫離,漂浮在水星上。

一些水分子被陽光分解並消散。但其他的分子則降落在遠離太陽的深而暗的隕石坑中,這些隕石坑靠近水星的兩極。這些分子被困在那裡,成為陰影中不斷生長的永久冰川的一部分。

他們研究使用的數據來自信使號飛船,該飛船在2011年至2015年間繞水星軌道運行,研究水星的化學成分、地質和磁場。「信使號」對極地冰的發現證實了幾年前地球上的雷達探測到的冰的特徵。

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