奇妙！水星灼熱的表面也許可以形成冰

2020-07-25 天文在線

簡介：水星雖然離太陽很近，溫度也很高，但其上依然有冰！

水星軌道接近太陽，從另一方面講這是否有助於其表面形成冰？

這聽上去很矛盾，但確實有可能！科學家分析了水星表面化學物質，發現即便高溫依然可以生成冰。

奇妙！水星灼熱的表面也許可以形成冰

白天，儘管水星溫度飆升至750華氏度(400攝氏度)，遠離陽光照射的環形山表面溫度約為零下330華氏度(零下200 ℃)， 其內可能有冰的存在。

得益於美國航天局(NASA)信使號(MESSENGER)飛船（現已不存在）對水星表面、空間環境、星球化學和測距的觀測，我們對這種冰已經研究了近十年。但這些冰是如何在那裡形成的？仍然沒有一個合理的化學解釋。有新研究揭示了即使在這樣極熱的溫度下水也能在地表存在的原因。

奇妙！水星灼熱的表面也許可以形成冰

2011年，美航局信使號探測器造訪水星，據其搜集的數據和圖片顯示，儘管水星熾熱異常，其兩極仍有冰存在。（圖源：美國航天局/信使號）

這不是什麼古怪的、離經叛道的想法。這項新研究的主創者、喬治亞理工大學化學與生物化學學院的研究員布蘭特·瓊斯在一份聲明中說:「自上世紀60年代末以來，人們已經觀察到幾十次這種基本的化學機制。但那是在符合定義的地表上，而將這類化學反應應用到像水星這樣複雜地表上是一項突破性的研究。」

奇妙！水星灼熱的表面也許可以形成冰

水星表面的礦物質含有一組氫氧結構，稱為羥基。地球由於沒有足夠強大的磁場來屏蔽太陽風(來自太陽的帶電粒子流)帶來的質子，因而在地表很常見。

數十億噸的冰水混合物潛藏在水星北極的冰坑中（圖源：卡爾·凱特，太空網撰稿人）

該研究模型表明，磁場可以使質子(帶正電的亞原子粒子)穿透水星，如此一來質子就可以滲透進土壤和羥基中。灼熱的太陽給羥基提供能量，使其相互碰撞。碰撞的產物就是水(水也由氫和氧組成，只是比例不同)，同時釋放出更多的氫，這些氫離開水星表面漂浮在水星之上。

奇妙！水星灼熱的表面也許可以形成冰

一部分水分子在光照下分解成氫原子和氧原子，另一部分則離開地表，散逸到太空中去了。但這些「逃逸」的少數「幸運兒」，卻最終還是落在了水星兩極，永久成為環形山的一份子。水星上沒有實質上的大氣，無法傳導熱量，水分子不會受到影響，故而得以留存於此。雖然這過程聽上去很微弱，但隨著時間的推移，水冰會不斷累積。

該研究模型表明，火星表面的水冰將在300萬年內累積到11萬億噸（約為10萬億公噸），而這個數量約佔火星表面可觀測到冰的10%。其他冰則來自於其他小世界，例如小行星，彗星和隕石等等。

奇妙！水星灼熱的表面也許可以形成冰

「就像《加州旅館》中唱的那樣，這些水分子來到環形山，卻從不停留，」該研究的主研究員託馬斯·奧蘭多在聲明中說道。他在喬治亞理工學院研究電子和質子誘導的表面化學。

喬治亞理工大學的研究人員託馬斯·奧蘭多(左)和布蘭特·瓊斯模擬了一種化學反應，在這種反應中，火神星在水星上的熱量有助於水星兩極形成冰。這兩名研究人員還在實驗室中優化這種化學反應，以作為未來月球和火星載人任務中製造水的一種方法。(圖片來源:羅伯·菲爾特/喬治亞理工)

奇妙！水星灼熱的表面也許可以形成冰

水星並不是唯一表面有冰的星球，月球和小行星、彗星等星體上也發現了水冰。但不同星體上水沉積的 位置不盡相同。「在我們的模型中，這一過程在月球上不會有那麼大的生產力。首先，沒有足夠的熱量來顯著激活化學反應，」瓊斯說。基於這項研究的論文發表在了《天體物理學雜誌快報》上。

作者: Elizabeth Howell

FY: 塗小圖

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