太阳系八大行星中最靠近太阳的水星,很难想像白天温度突破 400℃ 也会结冰,然而美国乔治亚理工学院团队新研究指出,水星两极有些火山口终生未见阳光,可能是天然的巨大制冰室。
如果我们可以站在水星上,抬头所见太阳大小是地球的 3 倍、亮度高 7 倍,因为离太阳最近,水星赤道地区白天温度飙升到 430℃,夜间又降至零下 172℃。然而正是这种一天内极端温差,科学家发现水星既是太阳系最热的地方之一、又同时拥有冰层。
水星表层土壤矿物质含有羟基(-OH),由一个氢和一个氧原子组成,白天高温会使原子分离并相互碰撞,从而产生水分子;接着这些水分子漂在空气中,有些又被炙热的阳光分解蒸发,但有些分子漂到阳光照不到的区域,包括两极地区的陨石坑(极区气温终年维持在零下 172℃),由于水星没有大气层,自身不会产生其他热量,因此这些不受太阳照射的水分子便在陨石坑内结成冰。
这化学反应并不复杂,来自太阳风的大量质子是化学反应的关键。在地球,强大的地磁场阻挡了大部分质子等太阳风粒子,然而水星磁场只有地球 1.1%,因此质子不会偏转,而像龙卷风涡旋到地表,随着时间推移,质子在水星表面引起巨大的质子迁移反应,质子将自身植入深约 10 奈米的土壤,在矿物中形成羟基(-OH)。
乔治亚理工学院团队的模型显示,水可以在这颗具所有必需成分的行星以冰的形式堆积。
团队基于 NASA 信使号(MESSENGER)探测器数据的分析更表明,300 万年来,可能有 11,023,110,000 吨水分子在极区火山口内结成冰,约占水星冰总量 10%。虽然水星似乎是太阳系最不可能出现水和冰的行星,但早期雷达成像数据显示,水星的两极附近雷达反射率极高,是冰层迹象。
让科学家更震惊的是,水星发现的水冰量可能远超过月球的水冰量。
科学界共识认为,水星的水也来自小行星撞击带入,但问题在于充满水的小行星从哪里获得水?研究计划主持人、乔治亚理工学院生物化学家 Thomas Orlando 表示,也许彗星或小行星并不需要携带水,仅与行星碰撞也能产生水。
新论文发表在《天文物理期刊通讯》(Astrophysical Journal Letters)。
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(首图来源:pixabay)