很難相信水星上有冰，水星白天溫度達(dá)到400攝氏度。現(xiàn)在，一項(xiàng)研究表明，距離太陽(yáng)最近行星火星上的大量熱量可能有助于形成一些冰。目前科學(xué)共識(shí)認(rèn)為，與地球一樣，小行星輸送了水星上的大部分水。但佐治亞理工學(xué)院的研究人員表示，極端的白天高溫可能與極地隕石坑角落里零下200攝氏度的寒冷結(jié)合在一起，這些隕石坑永遠(yuǎn)看不到陽(yáng)光，充當(dāng)了一個(gè)巨大的制冰化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

化學(xué)成分并不太復(fù)雜，但這項(xiàng)新研究以水星上復(fù)雜的條件為模型，包括太陽(yáng)風(fēng)向水星投擲帶電粒子，其中許多粒子是這種化學(xué)的關(guān)鍵質(zhì)子。該模型提供了一條可行的路徑，使水在一個(gè)充滿所有必要成分的星球上以冰的形式產(chǎn)生和聚集。研究的第一作者、佐治亞理工學(xué)院化學(xué)和生物化學(xué)學(xué)院的研究員布蘭特·瓊斯(Brant Jones)說(shuō)：這并不是什么奇怪離譜的想法。

熱而簡(jiǎn)單的化學(xué)

自20世紀(jì)60年代末以來(lái)，人們?cè)谘芯恐幸呀?jīng)觀察到了幾十次基本的化學(xué)機(jī)制。但這是在定義明確的表面上進(jìn)行，將這種化學(xué)物質(zhì)應(yīng)用于像行星上這樣的復(fù)雜表面是一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性研究。水星表面土壤中的礦物質(zhì)含有羥基(OH)，主要由質(zhì)子產(chǎn)生，在模型中，極高的熱量有助于釋放羥基，然后激發(fā)它們相互碰撞，產(chǎn)生水分子和氫氣，這些分子和氫氣從表面升起，在行星周?chē)啤?/p>

一些水分子被陽(yáng)光分解，或者升到離水星表面很遠(yuǎn)的地方，但另一些分子降落在水星兩極附近，形成永久的隕石坑陰影，保護(hù)冰不受太陽(yáng)的照射。水星沒(méi)有大氣層，因此沒(méi)有空氣會(huì)傳導(dǎo)熱量，所以分子成為永久冰川冰的一部分，隱藏在陰影中。研究的首席研究員、佐治亞理工學(xué)院化學(xué)和生物化學(xué)學(xué)院教授托馬斯·奧蘭多(Thomas Orlando)說(shuō)：這有點(diǎn)像歌曲Hotel California。

水分子可以進(jìn)入陰影，但卻永遠(yuǎn)離不開(kāi)了，假設(shè)在大約300萬(wàn)年的時(shí)間里，冰的總量是10^13千克，這一過(guò)程很容易占到水星總冰量的10%。其研究成果現(xiàn)在將發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上，這項(xiàng)研究由美國(guó)宇航局太陽(yáng)系探索研究虛擬研究所(SSERVI)計(jì)劃和NASA行星大氣計(jì)劃資助。美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的信使號(hào)探測(cè)器開(kāi)始繞水星運(yùn)行，并確認(rèn)了兩極附近冰川的典型信號(hào)。

探測(cè)器確認(rèn)水星冰

信使號(hào)（水星表面、空間環(huán)境、地球化學(xué)和測(cè)距）航天器發(fā)回的圖像和數(shù)據(jù)證實(shí)了幾年前由地面雷達(dá)捕捉到的冰特征。冰層很暗，潛伏在水星極地隕石坑的永久陰影中，水星上布滿了隕石和小行星的傷疤，很像地球的衛(wèi)星月球。事實(shí)上，這兩個(gè)天體之間有相似之處，包括：水星和月球的大小，已經(jīng)促使了許多比較，包括兩個(gè)天體上都有水冰的可能性。

（上圖所示）美國(guó)宇航局“信使號(hào)”探測(cè)器的數(shù)據(jù)和圖像，盡管水星白天很熱，但兩極有永久性的冰，圖片：NASA / MESSENGER

人類在月球上發(fā)現(xiàn)了可能有冰的微弱跡象，但幾乎絕對(duì)肯定地在水星上發(fā)現(xiàn)了冰，而且相對(duì)豐富。這引發(fā)了一些令人費(fèi)解的問(wèn)題：如果小行星、彗星和隕石攜帶水撞擊水星和月球，那么冰層存在的差異是什么原因呢？水星是否接收了一些在月球上“不起作用”的水？在研究模型中，水星上的過(guò)程不會(huì)像在月球上那樣富有成效，首先，沒(méi)有足夠的熱量來(lái)顯著激活化學(xué)作用。

在另一個(gè)單獨(dú)的項(xiàng)目中，奧蘭多實(shí)驗(yàn)室正在設(shè)計(jì)一個(gè)基于相同化學(xué)物質(zhì)的系統(tǒng)，以便在月球上為未來(lái)的宇航員站在那里創(chuàng)造水。在水星上，來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)的質(zhì)子比在地球上要豐富得多，在地球上，強(qiáng)大的磁場(chǎng)將太陽(yáng)風(fēng)粒子(包括質(zhì)子)鞭打回太空。而水星磁場(chǎng)只有地球約1%的強(qiáng)度，它將質(zhì)子向下旋轉(zhuǎn)到表面。這些就像巨大的磁龍卷風(fēng)，隨著時(shí)間的推移，它們會(huì)在水星的大部分表面造成巨大質(zhì)子遷移。

將質(zhì)子植入水星上大約10納米深的土壤中，在礦物中形成羥基(OH)，這些羥基擴(kuò)散到表面，在那里熱量完成其余的工作。水星上大量水是由撞擊的小行星輸送來(lái)的，但也有一個(gè)問(wèn)題，那就是充滿水的小行星是從哪里獲得這些水的？這樣的過(guò)程可能有助于形成這種水。彗星或小行星實(shí)際上不需要攜帶水，因?yàn)閱为?dú)與行星或月球的碰撞也可以制造水，水星和月球經(jīng)常受到小型流星體的撞擊，所以這種情況一直都在發(fā)生。

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博科園｜研究/來(lái)自：佐治亞理工學(xué)院

參考期刊《天體物理學(xué)》

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