在浩瀚的太陽(yáng)系中，金星因其與地球的諸多相似之處而常被喻為地球的“孿生姐妹”。這顆鄰近行星在體積、質(zhì)量和巖石構(gòu)成上均與地球相仿，然而其環(huán)境條件卻與地球大相徑庭。地球以蔚藍(lán)的海洋和生機(jī)勃勃的湖泊著稱，而金星則以其極端嚴(yán)酷的環(huán)境聞名，其表面溫度可飆升至驚人的470℃，且大氣干燥至極，遠(yuǎn)超地球上最為干旱的沙漠。
盡管金星現(xiàn)今以干燥炎熱著稱，但科學(xué)研究表明，這顆行星在數(shù)十億年前也曾擁有豐沛的水資源，水量甚至可與現(xiàn)今的地球相提并論。然而，隨著時(shí)間的推移，金星上的水分幾乎消失殆盡，這一謎團(tuán)長(zhǎng)久以來困擾著科學(xué)家們。
科學(xué)家們?cè)岢龆喾N理論來解釋金星水分的流失，但這些理論均無法全面解釋金星當(dāng)前的干燥狀態(tài)。近日，一項(xiàng)發(fā)表在《自然》雜志上的新研究揭示了金星水分流失之謎的新線索。研究團(tuán)隊(duì)由一群天文學(xué)家組成，他們發(fā)現(xiàn)了一種此前被忽視的大氣化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)能夠產(chǎn)生足夠的逃逸氫，從而填補(bǔ)金星水分損失理論值與觀測(cè)值之間的鴻溝。
太陽(yáng)系中的宜居帶是一個(gè)圍繞太陽(yáng)的狹窄區(qū)域，位于此區(qū)域內(nèi)的行星表面可能存在液態(tài)水。地球恰好位于宜居帶內(nèi)，而金星則因其過熱的位置而處于宜居帶之外。行星在宜居帶上的位置取決于其從太陽(yáng)獲得的能量與輻射出去的能量之間的平衡。過去關(guān)于金星水分流失的理論大多與這種能量平衡有關(guān)。
在金星早期歷史中，陽(yáng)光將大氣中的水分解為氫和氧。大氣中的氫導(dǎo)致金星升溫，進(jìn)而引發(fā)流體動(dòng)力逃逸過程，使氫以外向流的形式逃逸至太空。當(dāng)大部分氫被移除后，流體動(dòng)力逃逸停止，但金星上幾乎所有的剩余氫也神秘消失。新研究表明，金星大氣中的一個(gè)化學(xué)反應(yīng)——HCO?離解復(fù)合，能夠產(chǎn)生逃逸氫，繼續(xù)移除金星上的水分。
HCO?離解復(fù)合的原理是在金星高層大氣中，水與二氧化碳混合形成帶正電的HCO?分子。這種分子與帶負(fù)電荷的電子結(jié)合，生成中性的一氧化碳分子和一個(gè)氫原子。這個(gè)過程賦予氫原子足夠的能量，使其能夠超過金星的逃逸速度，進(jìn)入太空。通過將HCO?離解復(fù)合納入考量，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)金星上的氫逃逸量比之前計(jì)算的結(jié)果翻了一番，顛覆了對(duì)金星氫逃逸的傳統(tǒng)理解。
為了研究金星上的HCO?離解復(fù)合，研究人員利用計(jì)算機(jī)建模和數(shù)據(jù)分析。該模型最初是為模擬火星大氣化學(xué)而設(shè)計(jì)的。盡管火星與金星在許多方面截然不同，但它們的高層大氣具有相似性，使得研究人員能夠?qū)⒛Ｐ蛿U(kuò)展到金星。研究結(jié)果表明，HCO?離解復(fù)合在金星和火星的大氣中均產(chǎn)生了大量逃逸的氫，這一發(fā)現(xiàn)與繞火星運(yùn)行的MAVEN任務(wù)的觀測(cè)結(jié)果相吻合。
盡管目前尚未有金星任務(wù)直接測(cè)量金星大氣中的HCO?，但通過分析先驅(qū)者金星任務(wù)的測(cè)量結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)有化學(xué)知識(shí)，研究人員證實(shí)HCO?應(yīng)存在于金星大氣中，且含量與模型預(yù)測(cè)相符。這一發(fā)現(xiàn)為理解金星水分流失提供了新的視角，表明水分流失是一個(gè)長(zhǎng)期且復(fù)雜的過程，涉及多種機(jī)制的共同作用。
水的存在與消失對(duì)行星的宜居性具有深遠(yuǎn)影響。新研究不僅揭示了金星水分流失的一條新途徑，還表明金星上的氫逃逸速度比之前認(rèn)為的更快，意味著清除剩余水分所需的時(shí)間更短。如果金星早期確實(shí)存在過海洋，那么這些海洋在流體動(dòng)力逃逸過程和HCO?離解復(fù)合過程開始導(dǎo)致水分損失之前，可能已經(jīng)存在了更長(zhǎng)的時(shí)間。這些發(fā)現(xiàn)有助于行星科學(xué)家更好地理解行星宜居性的演變過程，以及宜居行星如何轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰司拥氖澜纭?/p>
