火星表面上160公里处！科学发现新水循环系统，特定时间地点出现

2019-05-11 10:10:27　来源: 环球科学猫  

作者：文/虞子期

火星是可以说是人类探索的“第二地球”，除了地球之外，科学家们一直希望未来人类能够移居到火星上去，来进行地球现象的缓解。根据科学报告显示，科学家们又找到了新的“火星水循环”系统。我们都知道，在数十亿年前，火星可能并不是我们如今看到的样子，而是与地球的模式一样，同样是在其表面存在海洋，当然如今的表面已经完全改变了。

对于新发现的“水循环”还是有点不一样，并且只有在特殊的时候才能出现，根据科学报告指出，大约每2个地球年（火星公转一周约为687天），这个新的“水循环”就会出现，当火星南半球到达夏季的时候，并且仅在这个季节之中，火星的水汽就会有效的从底层上升到火星的上层大气层之中。在那里，风将稀有气体带到北极。当部分水蒸气衰变并逃逸到太空时，其余部分在靠近两极的地方下沉。

所以说这就是为什么我们在火星上在极地区域发现“水冰”的原因之一，科学家们通过超级计算机模拟显示出了，水蒸气如何克服火星中层大气中的冷空气屏障，并达到更高的大气层。这可以解释为什么火星与地球不同，失去了大部分水。而出现我们如今看到的表面一篇荒漠的状态，根本没有氧气和水的存在。

数十亿年前，火星是一个富含水的行星，河流甚至是海洋，上面我们也说了，但是从那以后，火星就发生了巨大变化。以至于至今我们看到的都是地下只存在少量冷冻水，在大气中，水蒸气仅存在少量的痕迹。总而言之，火星可能至少损失了原水的80％。在火星的高层大气中，来自太阳的紫外线辐射将水分子分解为氢（H）和羟基（OH），氢气从哪里无可挽回地逃逸到太空。通过太空探测器和太空望远镜的测量表明，即使在今天，水仍然以这种方式流失。

听起来这确实不可思议，但这怎么可能呢？火星的中间大气层，就像地球的对流层顶一样，实际上应该阻止上升的天然水蒸气。毕竟，这个区域通常很冷，水蒸气会变成冰。火星水蒸气如何到达上层空气层？那是因为火星存在一个“泵”现象。根据俄罗斯和德国科学研究人员表示，这是模拟到火星状态下以前从未见过的机制，大约在火星表面上方大约160公里处，通常水蒸气每天两次可透过冰冷的中间大气层， 但仅限于某一地点，并且在一年中某个特定时间。

当在这一天出现的时候，在高层大气层中，气流将气体沿着经度运送到北极，在那里它再次冷却并下沉。然而，部分水蒸气逃离了这个循环：在太阳辐射的影响下，水分子崩解，氢气逃逸到太空。所以说只有部分到达火星极地区域，研究人员计算出，在2007年的沙尘暴期间，在南半球无风雨的夏季，水蒸气达到高层大气的程度是其两倍。由于灰尘颗粒吸收太阳光并因此升温，整个大气中的温度上升高达30度，所以这个活动也在改变火星的气候状态，如果人类能够改变这种新“水循环”系统，那么就有办法进行短时间的“火星水”堆积，从而进行收集利用。

https://www.163.com/dy/article/EESUS5140511JTAO.html

        地球极端生存环境的公转轨道周期

      我们在2006年撰文指出， 大气层对行星具有保温作用。当轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将一部分大气物质吹走，形成背光的“气尾”；当行星向远离太阳的方向运动时，“气尾”收缩。行星每靠近太阳一次，就失掉相当多的大气质量。

       近日行星中，水星与火星的轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093，地球的偏心率为0.017，金星的偏心率为0.007。近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比，因此，近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失比较多，大气非常稀薄。大气层可以保持地表的气温，大气的流失降低地表气温，这是10万年冰期周期与地球轨道偏心率10万年变化周期对应的原因，地球轨道偏心率变化范围为0.017~0.067，在偏心率最大时对应冰期的出现。强磁场对大气也有保护作用。

      事实上，近日行星中，水星与火星的公转轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093，大气密度分别为极其稀薄和稀薄，表面温度也最低，水星平均地表温度为179℃（最高为427℃，最低为零下173℃，因为距离太阳最近），火星表面平均温度零下55℃。地球的偏心率为0.017，处于中等水平，大气密度标准，表面平均温度为15℃。金星的偏心率最小，为0.007，其表面的平均温度高达462°C，是太阳系中最热的行星。近日行星的数据表明，天文冰期理论得到精准的认证（近日行星公转轨道偏心率大时，大气稀薄，表面温度低）。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-436350.html

      太阳风

      太阳风，非常具有侵蚀性。它们主要由带正电的质子和带负电的电子组成，会以极高的速度从太阳表面冲出。当这些带电粒子在靠近行星时会产生电场，电场会加速带电粒子离开大气，使得行星难以持大气的存在。火星就是因为这样的过程而失去了原有的大气。

　　我们的地球之所以没有迎来与火星一样的结局，是因为它拥有一个旋转的铁核可以产生磁场。地球的磁层就像一个屏障，它能让太阳风发生偏转，阻止太阳风对大气层的侵蚀，从而保护地球生命免受紫外线辐射的伤害。地球公转轨道偏心率大小适中，是生命存在的基本条件。

https://finance.sina.com.cn/tech/2021-08-02/doc-ikqciyzk9009964.shtml?cre=tianyi&mod=pchp&loc=5&r=0&rfunc=79&tj=cxvertical_pc_hp&tr=12

       马文号(MAVEN)是火星大气与挥发物演化探测器的英文缩写，是世界上第一颗专门用于研究火星高层大气的探测器。它于2013年11月18日发射，2014年9月22日进入环绕火星的椭圆轨道。它曾在火星北半球发现了紫外线极光，并在高层大气中探测到神秘的尘埃云。

      火星大气去哪儿了?

       科学家们在火星表面或一定深度都没有发现充足的含碳矿物，这些证据否认了人们曾经的猜想——火星上曾经浓厚的二氧化碳被埋藏到地下。那么，会不会有一种可能：火星大气逃逸、消散到太空中，可能是火星气候变化的主要原因。马文号就通过测量火星高层大气与太阳和太阳风的相互作用，研究出了火星大气的逃逸过程。

       原来，由于火星没有全球性的磁场，太阳风可以直接抵达火星，将火星高层大气中的带电离子驱赶走。而我们所身处的地球，由于有磁场的保护，带电的太阳风离子就无法直接抵达地球大气层。这也致使太阳风离子对地球和火星上的大气产生了不同的影响。马文号测量了火星大气中离子的总逃逸速率及其速率变化，探测结果发现，过去40亿年中，火星大气粒子逃逸对气候变迁有巨大影响。

      据探测，火星大气的逃逸主要发生在三个区域：一是火星面向太阳风一侧，该侧火星大气被太阳风电离后“吹”到火星阴面并逃逸出大气层，占大气逃逸总量的75%;二是极区上空，占火星大气逃逸总量约25%;三是绕火星的延展云层，仅占火星大气逃逸总量的很小一部分。不仅仅是太阳风，不时出现的太阳风暴对火星大气的影响更为显著。尤其是在太阳系形成早期，太阳风暴出现的几率更为频繁。当太阳风暴击中火星大气层时，大气逃逸速率将提高约10～20%。平均每秒约有100克的火星大气被“吹走”，相当于两个鸡蛋的质量。

      目前，火星上仍残存着稀薄的大气层。

https://www.sohu.com/a/195598889_221039

      行星轨道偏心率大才是行星大气丢失的主要原因

      问题来了：金星也没有全球性的磁场。在金星上会有很强烈的磁场，但是这种磁场还要比地球的弱一些。因为这种磁场的产生是由于电离子与太阳风之间出现了相互作用所导致。与地球上的磁场完全不同，地球上的磁场能够保护大气层，而金星上的磁场无法去保护大气层，也不能抵抗宇宙中的辐射。那么，谁保护了金星的浓密大气？

  彗星的彗尾是怎样形成呢？17世纪时，牛顿认为彗尾是由于光的斥力作用，即太阳辐射压力。后来发现太阳风是彗星产生彗尾的主要作用力。所谓太阳风就是太阳向外喷射出的高能粒子流，太阳风的平均速度是每秒300～500千米，对彗星造成强大的推斥力。太阳辐射及太阳风就是促成彗尾形成的两股原动力，所以彗尾要在彗星接近太阳时才出现，彗尾的方向永远背向太阳。当轨道偏心率极大的彗星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将彗发物质吹走，形成背光的彗尾；当彗星向离开太阳的方向运动时，彗发和彗尾收缩。彗星每靠近太阳一次，就失掉相当大数量的质量，相当于彗星质量的0.1%到1%。显而易见，短周期彗星的生命时期是短暂的。彗核表面物质在接近太阳时不断转变为彗发和彗尾，被太阳风吹散到太空。

       类比于彗星质量的消失，我们可以模拟出行星大气的消失过程。当轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将一部分大气物质吹走，形成背光的“气尾”；当行星向离开太阳的方向运动时，“气尾”收缩。行星每靠近太阳一次，就失掉相当大数量的大气质量。这是近日行星原始大气完全丧失殆尽的原因，也是水星和火星的大气非常稀薄的原因。因为在近日行星中，水星与火星的轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093；而地球的偏心率较小，为0.017，金星的偏心率更小，为0.007。显然，近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比。类比与彗星的大气散失，就可以解释为什么近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失的比较多，大气非常稀薄。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-696517.html

      我们在2006年撰文指出， 大气层对行星具有保温作用。当轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将一部分大气物质吹走，形成背光的“气尾”；当行星向远离太阳的方向运动时，“气尾”收缩。行星每靠近太阳一次，就失掉相当多的大气质量。

       近日行星中，水星与火星的轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093，地球的偏心率为0.017，金星的偏心率为0.007。近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比，因此，近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失比较多，大气非常稀薄。大气层可以保持地表的气温，大气的流失降低地表气温，这是10万年冰期周期与地球轨道偏心率10万年变化周期对应的原因，地球轨道偏心率变化范围为0.017~0.067，在偏心率最大时对应冰期的出现。强磁场对大气也有保护作用。

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       米兰科维奇循环的天文冰期理论：火星目前处于轨道偏心率较大的大冰期时期，地球处于轨道偏心率较小的间冰期时期，金星处于轨道偏心最小的极热期时期。

       轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时产生的大气丢失，是冰期产生的根本原因。大气稀薄也是与冰期伴随的生物灭绝的原因。而地球的是10万年和41.3万年等，于0.005至0.058间变化（见米兰科维奇循环）

      在八大行星中金星的轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.006811。火星和地球10万年后也有可能变为金星目前状态，目前没有成为金星目前状态的可能。

      火星的轨道偏心率最大，为0.093，地球的偏心率为0.017，金星的偏心率为0.007。在10万年的周期内，地球既不能变为金星（极端温室效应），也不能变为火星（极端低温），地球上的生命也不会灭绝。

       科学的缺席和科普的误读，必须得到及时的纠正。

       为什么人类不愿深入研究金星呢？越了解金星，便越觉得“绝望”： 是公转轨道偏心率最小惹的祸。

       火星大气的消失是公转轨道偏心率变大惹的祸。使火星公转轨道偏心率与地球的公转轨道偏心率相同，火星环境才能适于人类生存。

       当地球公转轨道偏心率（变大或变小）变得不适于生命存在，火星或金星的公转轨道偏心率至少有一个会变得适于生命存在。人类总会找到适于生命存在的星球。

参考文献

1.   RichardA. Kerr. End of the Sunspot Cycle? 2011-6-14,FollowScienceNOW on Facebookand Twitter.http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/06/end-of-the-sunspot-cycle.html

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Yang X X, Chen D Y. Study oncause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (inChinese), 2013, 28(4): 1666-1677.

3.   杨冬红，杨学祥。全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”。地球物理学进展。2008Vol. 23 (6): 1813～1818

Yang D H, Yang XX. The hypothesis of the ocesnic earthquakes adjusting climate slowdown ofglobal warming. Progress in Geophysics (in Chinese), 2008, 23(6): 1813-1818

4.   http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-905236.html

5.   http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-906205.html

6.  杨冬红, 杨学祥.北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(2): 610-615.

YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Studyon the relation between ice sheets melting and low temperature in NorthernHemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.

7.杨学祥, 陈殿友. 构造形变、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震,2000,20（3）：39~48

8.杨冬红，杨学祥，刘财。2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温。地球物理学进展。2006，21（3）：

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Yang Donghong,Yang Xxuexiang, Liu Cai. Global low temperature, earthquake and tsunami (Dec. 26, 2004) inIndonesia[J].Progress in Geophysics, 2006, 21（3）: 1023～1027.

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1298047.html