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화성에 더 이상 물이없는 이유는 무엇입니까?

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프랑크 몽 메신, 베르사유 대학교 생 캉탱 앙 이블린 (UVSQ)-파리 사 클레이 대학교

화성은 좋은 분위기로 유명합니다.2 대기 질량과 압력의 대부분을 지배하고 제공하며, 후자는 지표에서 30km 이상 떨어진 지구 성층권에서 발견되는 것과 비슷합니다.

하지만 물은 어떻습니까? 화성의 물 현재 표면에서 관찰됩니다 북극에서 몇 킬로미터 두께의 얼음 층으로, 일년 중 더 추운시기에는 계절적 서리로, 대기에서는 구름 속의 증기와 얼음으로. 그럼에도 불구하고 화성의 대기는 지구에 비해 매우 건조합니다. 비례 적으로 화성 대기에는 지구보다 100 배 적은 물이 존재합니다. 지구에서의 강수로 인해 수 센티미터의 수막이 생기는 반면, 화성에 침전 될 물은 XNUMX 밀리미터 미만의 얇은 막을 형성 할뿐입니다.

De 새로운 데이터 과거에 풍부 했음에 틀림없는 화성에 더 이상 물이 (거의)없는 이유를 우리가 더 잘 이해할 수있게합니다.

화성 대기에서 물이 빠져 나옴

모든 것이 화성이 오늘날 우리가 알고있는 춥고 건조한 행성이 아니 었음을 나타 내기 때문입니다. 화성은 먼 과거의 표면에서 많은 증언을 보여줍니다. 약 XNUMX 억 년 전, 액체 물이 큰 개울을 순환하고 탐사선 인내가 탐사중인 제로 분화구와 같은 분지나 호수의 형태로 정체되었습니다. 전생.

액체 물이 많이 순환하고 이러한 모든 각인을 만들 수있을만큼 오랫동안 표면에 머무르기 위해서는 오늘날 관찰되는 것과 근본적으로 다른 기후를 불러 일으킬 필요가 있습니다. 화성, 지구, 금성은 틀림없이 동일한 기본 재료에서 생성되었으므로 역사 초기에 큰 유사성을 알고 있었음에 틀림 없다. 그러나 지구와 금성은 대부분의 두꺼운 대기를 유지하고 있지만 화성은 크기가 작고 중력이 낮기 때문에 시간이 지남에 따라 대기를 유지할 수 없었습니다.

과연 이것입니다 "탈출 이론" 현재 화성의 대기가 얇다는 것을 설명합니다. 이 탈출은 분자가 이미 원자로 분리되어 있고 수소와 같은 가벼운 물질이 화성의 약한 중력으로부터 떨어져 나갈 수있는 200km 이상의 대기에서 매우 높은 곳에서 발생합니다. 태양풍의 에너지 입자에 노출 된이 화성의“외권”은 또한 시간이 지남에 따라 수백 개의 현재 대기가 공간에서 손실 될 수 있도록 허용했기 때문에“아킬레스 건”이기도합니다.

새로운 데이터

새로운 데이터, 추적 가스 궤도 선 임무 ESA (European Space Agency)에서 오늘 발행 Nature Astronomy 저널, 물의 탈출을 제어하는 ​​미묘한 메커니즘에 대해 우리에게 알려주십시오.

이 탈출은 모두에게 알려져 있었는데, 특히 화성의 물은 자체 구성을 가지고 있기 때문입니다. 실제로 물의 동위 원소, 특히 수소 원자 (H)가 중수소 원자 (D)로 대체되어 두 배나 무거운 중수소 원자 (D)로 대체 된 물의 동위 원소는 80 년대 이후 화성에서 측정 한 친척을 나타냅니다. 화성의 중수소 농도는 지구보다 6 배 더 높습니다. 이 상대적 농축은 수소가 빠져 나간 결과로 정확하게 해석되며, 이는 점차적으로 가장 무거운 동위 원소 (이 경우 D와 HDO)를 남겨 두어 6의 농축 비율을 설명합니다.

외삽 법에 따르면 화성의 초기 물의 양은 지금보다 최소 6 배 더 많았거나 행성을 덮고있는 XNUMX 미터의 액체 층에 해당합니다. 이것은 HDO / H 비율이 어떻게20은 화성의 청소년을 투영하고 거주 가능성이 있기 전에 과거의 덥고 습한 기후에 대한 가설을 밝히는 데 중요합니다.

Trace Gas Orbiter의 이러한 결과를 통해 우리는 낮은 대기에 존재하는 물과 반중 수가 가장 높은 대기로 이동 한 다음 탈출 할 수있는 원자로 변환되는 조건을 더 잘 이해할 수 있습니다. 실제로 우리는 물에서 나온 수소와 중수소가 외권에 접근하는 방식을 중간 과정이 어느 정도까지 수정할 수 있는지 오랫동안 궁금해했습니다. 20 년 동안 두 가지 이론은 수소와 중수소가 대기권 하층의 물 분자에있는 비율로 외권에 도달 할 수 없다고 제안했습니다. 이러한 중간 과정은 화성의 얼음 구름을 형성하는 한편으로는 응축이고 ​​다른 한편으로는 물 분자를 파괴하고 그 아래에서 수소 또는 중수소 원자를 방출하는 광분해입니다. 자외선의 작용입니다.

수십 년 동안 실험실에서 연구 된 응축과 광분해는 물과 그 동위 원소에 특정한 방식으로 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다.이를 "동위 원소 분별"이라고합니다. 또한 동위 원소 분별에 대한 우리의 이해 덕분에 극지방에서 얼음 코어를 뚫어 지구의 과거 기후 과정을 추적 할 수 있습니다 .HDO의 농도는 어느 정도 차가운 기후를 지배하고 있음을 나타냅니다. 얼음으로 응축. 그것은 규율입니다 프랑스 공동체가 뛰어난 곳, 그리고 이것은 프랑스 실험실 내에서 화성의 맥락에서 탐사 작업을 시작할 수있게했습니다.

화성에서 광분해에 의한 분류는 응축에 의한 분류와 반대 방식으로 작동합니다. 그리고 무엇보다도,이 둘은 물 속에서 동시에 작동하지 않습니다.이 마지막 지점은 수소와 중수소 원자의 운명에 큰 영향을 미칩니다. 사실, 수증기의 응축은 형성된 얼음에 HDO를 집중시키는 경향이 있으므로 사실상 HDO의 증기를 가난하게 만듭니다. 반면에 광분해는 HDO 분자에 존재하는 중수소의 방출을 촉진하는 경향이 있습니다. 오랜 시간 동안 응축에 의한 동위 원소 분별 화는 중수소에서 증기를 더 열악하게 만드는 광분해를 지배하고 외구의 중수소 비율을 낮은 대기의 물보다 낮게 만들었다 고 가정했습니다.

이게 뭐야최근 연구 응축은 실제로 외구의 중수소 비율에서 작은 역할을한다는 것을 보여줍니다. Trace Gas Orbiter의 Atmospheric Chemistry Suite 기기와 H의 동시 측정 덕분에20과 HDO, 우리는 응축이 광분해를 방해 할 가능성이없는 화성 해의 고도와 기간에서 수소와 중수소 원자가 어디에서 왔는지 보여줄 수있었습니다.

실제로 대부분의 원자를 생성하고 화성 상층 대기에서 탈출하는 수소 원자의 동위 원소 분별을 지시하는 것은 실제로 광분해입니다.

다음 목적지 : 수면에서 대기권 상층부까지의 물의 경로 이해

물의 탈출로 이어지는 과정에 대한 우리의 이해에 대한 질문은 화성의 물의 역사를 추적하려는 시도에서 중요한 이정표를 제시합니다. Trace Gas Orbiter 위성 만이 H의 결합 농도를 밝힐 수 있습니다.20 및 HDO. 하지만 하나 이번에는 NASA의 또 다른 위성 MAVEN, 외구의 수소와 중수소 개체군을 관찰하고 특성화 할 수 있습니다.

이 두 가지 임무의 수반에서 주요 연구 라인이 등장하고 있으며, 이제는 원자가 우주로 빠져 나가는 원자가 낮은 대기에서 가장 높은 대기까지 물의 완전한 경로를 설명 할 수 있다는 것을 상상할 수 있습니다. 이 경로에 대한 자세한 이해 만이 커뮤니티가 지난 수십억 년 동안 물의 역사에 대한 신뢰할 수있는 시나리오를 개발할 수 있도록하여 생명체가 출현 할 수있는 과거 화성의 거주 가능성을 확증 할 가능성을 제공합니다.대화

프랑크 몽 메신, 대기, 환경 및 우주 관측 연구소 (LATMOS)의 CNRS 연구 책임자, 베르사유 대학교 생 캉탱 앙 이블린 (UVSQ)-파리 사 클레이 대학교

이 기사는에서 재발행된다 대화 크리에이티브 커먼즈 라이센스하에. 읽기원본 기사.

© 특집 이미지 : NASA 화성 정찰 궤도 선이 촬영 한 화성의 북극 모자. NASA / JPL- 칼텍 / MSSS

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