奇特!水星灼熱的溫度實際上可能會導致結冰?

2021-01-07 天文在線

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水星的近日軌道會幫助這顆星球產生冰嗎?

這聽起來像是一個悖論,但是對這顆星球表面化學物質的新分析表明由熱生成的冰可能真的是這樣。

儘管白天水星上的溫度會劇增至750華氏度(400攝氏度),但是冰可以在遮擋太陽照射的隕石坑中生成。在那裡,表層被直接暴露在大約零下330華氏度(零下200攝氏度)的寒冷空間中。

據NASA現已滅絕的「信使號」(水星表面,空間環境,地球化學和測距)太空飛行器的觀測結果,我們已經知道這種冰已近十年。但就化學上講,要解釋冰是如何到達那裡這一現象仍在研究中。一項新的研究表明了即使在極高的溫度下,水是如何聚集在表面的。

2011年,美國國家航空航天局(NASA)的信使號(MESSENGER)探測器訪問了水星,根據其數據和圖像,儘管水星的溫度極高,但其兩極仍有永久存在的冰。(圖片來源:美國國家航空航天局/信使號)

「這不是一個奇怪的,不為人知的想法。自19世紀60年代末 以來,在研究中已經觀察了數十次基本的化學原理。」喬治亞理工學院化學與生化學院的研究員布蘭特·瓊斯(Brant Jones)在一份聲明中這樣說到。但之前的研究都是在明確的物體表面進行的。將化學反應用於像行星這樣的複雜表面,是具有開創性的研究。

水星表面的礦物質含有鍵和的氫氧原子團(羥基)。太陽風(來自太陽的帶電粒子流)產生的質子在行星表面十分常見,因為行星表面沒有足夠的磁場來排斥這些粒子。

數十億噸的冰被藏在熾熱水星的北極冰坑內。(圖片來源:Space.com的撰稿人卡爾·泰特)

這項研究的模型表明,磁場可以導致質子(帶正電的亞原子粒子)遷移穿過水星,因此質子可以將自身植入土壤和羥基中。太陽灼熱的能量激發了羥基,使其相互碰撞。這些碰撞產生水(以不同比例的氫氣和氧氣產生),並釋放出多餘的氫氣。這些氫氣離開水面進而飄浮在水星上方。

關於水分子,有一些被陽光打破,分解成了它們的元素成分。其他水分子從表面逃逸並飛入太空。但是一些水分子降落在水星的兩極, 逃離了被分解的命運, 並成為對水星永久的毀壞。

分子可以停留在那裡, 因為水星沒有通過熱傳導會進一步影響水分子的大量的大氣。雖然, 這聽起來是一個細微的過程,但是冰水混合物會隨著時間積累起來。

這個模型表明, 在300萬年內, 水星將積累11萬億噸(近10萬億公噸)的冰水混合物,大約是地球上的已觀測到的冰的10%。其他的冰可能來自小行星、彗星和隕石等小星球。

喬治亞理工研究電子和質子誘導表面化學的首席探究員託馬斯·奧蘭多在聲明中說:「這有點像歌曲『加州旅館』: 水分子到達了陰影裡,但永遠不會離開。」

喬治亞理工學院的研究人員託馬斯·奧蘭多(左)和布蘭特·瓊斯模擬了一種化學反應,在這種化學反應中,水星上的火神熱(註: Vulcan Heat一種極端熱)可以幫助在行星兩極形成冰。

這兩位研究人員還在實驗室裡策劃出這種化學反應, 並建議把這作為為未來去月球和火星的共同任務制水的方法。(圖片來源:羅布.費爾特/喬治亞理工大學)

水星並不是唯一一個表面有冰的星球,因為在月球和小行星、彗星等小星球上發現也發現冰水混合物。但是這些地方的水的沉積, 情況可能有所不同。瓊斯說:「 在我們的模型中,這個過程在月球上不會有任何效果。舉個例子, 沒有足夠的熱量來顯著激活化學反應。」

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.Elizabeth Howell-每日VC供應,九鎊十五便士,米粥

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