很難相信水星上有冰，水星白天溫度達到400攝氏度?，F(xiàn)在，一項研究表明，距離太陽最近行星火星上的大量熱量可能有助于形成一些冰。目前科學共識認為，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攝氏度的寒冷結合在一起，這些隕石坑永遠看不到陽光，充當了一個巨大的制冰化學實驗室。

化學成分并不太復雜，但這項新研究以水星上復雜的條件為模型，包括太陽風向水星投擲帶電粒子，其中許多粒子是這種化學的關鍵質(zhì)子。該模型提供了一條可行的路徑，使水在一個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、佐治亞理工學院化學和生物化學學院的研究員布蘭特·瓊斯(Brant Jones)說：這并不是什么奇怪離譜的想法。

熱而簡單的化學

自20世紀60年代末以來，人們在研究中已經(jīng)觀察到了幾十次基本的化學機制。但這是在定義明確的表面上進行，將這種化學物質(zhì)應用于像行星上這樣的復雜表面是一項開創(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，在行星周圍漂移。

一些水分子被陽光分解，或者升到離水星表面很遠的地方，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，保護冰不受太陽的照射。水星沒有大氣層，因此沒有空氣會傳導熱量，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、佐治亞理工學院化學和生物化學學院教授托馬斯·奧蘭多(Thomas Orlando)說：這有點像歌曲Hotel California。

水分子可以進入陰影，但卻永遠離不開了，假設在大約300萬年的時間里，冰的總量是10^13千克，這一過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》期刊上，這項研究由美國宇航局太陽系探索研究虛擬研究所(SSERVI)計劃和NASA行星大氣計劃資助。美國國家航空航天局(NASA)的信使號探測器開始繞水星運行，并確認了兩極附近冰川的典型信號。

探測器確認水星冰

信使號（水星表面、空間環(huán)境、地球化學和測距）航天器發(fā)回的圖像和數(shù)據(jù)證實了幾年前由地面雷達捕捉到的冰特征。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。事實上，這兩個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，包括兩個天體上都有水冰的可能性。

（上圖所示）美國宇航局“信使號”探測器的數(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，但幾乎絕對肯定地在水星上發(fā)現(xiàn)了冰，而且相對豐富。這引發(fā)了一些令人費解的問題：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，水星上的過程不會像在月球上那樣富有成效，首先，沒有足夠的熱量來顯著激活化學作用。

在另一個單獨的項目中，奧蘭多實驗室正在設計一個基于相同化學物質(zhì)的系統(tǒng)，以便在月球上為未來的宇航員站在那里創(chuàng)造水。在水星上，來自太陽風的質(zhì)子比在地球上要豐富得多，在地球上，強大的磁場將太陽風粒子(包括質(zhì)子)鞭打回太空。而水星磁場只有地球約1%的強度，它將質(zhì)子向下旋轉到表面。這些就像巨大的磁龍卷風，隨著時間的推移，它們會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的，但也有一個問題，那就是充滿水的小行星是從哪里獲得這些水的？這樣的過程可能有助于形成這種水。彗星或小行星實際上不需要攜帶水，因為單獨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/來自：佐治亞理工學院

參考期刊《天體物理學》

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