与数十亿年前相比金星几乎没有水新研究可能揭示原因

科罗拉多大学博尔德分校的行星科学家发现，地球的滚烫且不适宜居住的邻居金星是如何变得如此干燥的。

这项新研究填补了研究人员所说的“金星上的水故事”的一个巨大空白。研究小组通过计算机模拟发现，金星大气中的氢原子通过一种被称为“解离重组”的过程呼啸进入太空，导致金星每天失去的水量大约是之前估计的两倍。

该团队于5月6日在《自然》杂志上发表了他们的发现。

这些结果可能有助于解释银河系许多行星中水的变化。

“水对于生命来说确实很重要，”大气与空间物理实验室(LASP)的研究科学家、这篇新论文的共同主要作者埃林·坎吉(ErynCangi)说。“我们需要了解宇宙中支持液态水的条件，这可能导致了金星今天非常干燥的状态。”

她补充说，金星确实很干燥。如果你把地球上所有的水像吐司上的果酱一样散布到整个地球上，你会得到一个大约3公里(1.9英里)深的液体层。如果你在金星上做同样的事情，所有的水都被困在空气中，你最终会只剩下3厘米(1.2英寸)，几乎不足以弄湿你的脚趾。

该研究的共同主要作者、LASP的研究科学家迈克尔·查芬(MichaelChaffin)表示：“尽管金星的大小和质量基本相同，但金星的水含量却比地球少10万倍。”

在当前的研究中，研究人员使用计算机模型将金星理解为一个巨大的化学实验室，放大了金星旋转大气中发生的各种反应。该小组报告称，金星大气层中的一种名为HCO+(由氢、碳和氧各一个原子组成的离子)的分子可能是金星水逸出的罪魁祸首。

对于这项研究的联合主要作者坎吉来说，这些发现揭示了为什么金星曾经看起来几乎与地球一模一样，如今却几乎无法辨认。

坎吉(Cangi)于2023年在科罗拉多大学博尔德分校获得了天体物理和行星科学博士学位，她说：“我们试图找出每个行星上发生的微小变化，导致它们进入这些截然不同的状态。”

把水洒了

她指出，金星并不总是这样一片沙漠。

科学家怀疑，数十亿年前金星形成期间，这颗行星接收到的水量与地球一样多。在某个时刻，灾难降临了。金星大气层中的二氧化碳云引发了太阳系中最强大的温室效应，最终将金星表面的温度提高到了900华氏度。在此过程中，金星上的所有水都蒸发成蒸汽，大部分飘入太空。

但这种古老的蒸发现象无法解释为什么金星像今天一样干燥，也无法解释它如何继续向太空流失水分。

“打个比方，假设我倒掉了水瓶里的水。仍然会留下一些水滴，”查芬说。

然而，在金星上，几乎所有剩余的水滴也消失了。根据这项新研究，罪魁祸首是难以捉摸的HCO+。

金星任务

查芬和坎吉解释说，在行星高层大气中，水与二氧化碳混合形成这种分子。在之前的研究中，研究人员报告说，HCO+可能是火星失去大量水的原因。

金星上的运作方式如下：HCO+在大气中不断产生，但单个离子不能长期存在。大气中的电子找到这些离子，并重新组合以将离子分成两部分。在此过程中，氢原子迅速消失，甚至可能完全逃逸到太空中，从而夺走了金星水的两种成分之一。

在这项新研究中，研究小组计算出，解释金星干燥状态的唯一方法是金星大气中的HCO+含量是否超过预期。该团队的发现有一个转折点。科学家从未在金星周围观测到HCO+。查芬和坎吉认为这是因为他们从来没有合适的仪器来观察。

尽管近几十年来有数十次任务访问过火星，但前往太阳第二颗行星的航天器却少得多。没有人携带能够检测HCO+的仪器，而HCO+为团队新发现的逃生路线提供动力。

查芬说：“这项工作的一个令人惊讶的结论是，HCO+实际上应该是金星大气中最丰富的离子之一。”

然而近年来，越来越多的科学家将目光投向金星。例如，美国宇航局计划的金星深层稀有气体、化学和成像调查(DAVINCI)任务将把探测器穿过金星大气层一直到达地表。它计划在本世纪末推出。

达芬奇也无法探测到HCO+，但研究人员希望未来的任务能够探测到HCO+，从而揭示金星上水的故事的另一个关键部分。

“金星上的任务并不多，”坎吉说。“但新计划的任务将利用数十年的集体经验和对金星的浓厚兴趣来探索行星大气、演化和宜居性的极端情况。”