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自20世纪70年代以来 ， 人类一直在探索着火星 ， 这颗行星有着非常有趣的历史 。 虽然那里的条件现在不适合生活 ， 但科学家们知道 ， 火星曾经是一个更温暖、更潮湿的地方 ， 表面有流动的水 。 根据美国科学家们领导的一项新研究 ， 火星在过去是一个覆盖着海洋的“淡蓝色圆点” ， 而地球当时还是一个缓慢冷却的熔融岩石球 。 这一发现将有助于对火星地质史上一个以前被忽视的时期以及太阳系的形成和演化进行新的研究 。
根据轨道器、着陆器和漫游车获得的多条证据 ， 科学家们已经确定 ， 大约42亿至37亿年前 ， 火星开始从一个更温暖、更潮湿的星球过渡到我们今天看到的极端寒冷和干燥的环境 。 然而 ， 关于液态水在火星表面流动多长时间 ， 以及液态水是间歇性的还是持续的 ， 仍有未解之谜 。
为了回答这个问题 ， 天文学家一直在试图重建几十亿年前火星大气层的样子 。 火星任务使用的一种流行方法是收集样品并分析其氘氢比 ， 或样品中的氘原子数除以正常氢原子数 。 这种方法使科学家能够测量火星大气中氢分随时间变化的普遍性 ， 这是一种强大的温室气体 。 正如科学家们在ASU新闻稿中所说：
“这么多的观测结果表明 ， 早期火星上有液态水 ， 这是一个矛盾的现象 ， 因为那个时候的太阳比现在暗了30% 。 传统上认为 ， 像二氧化碳这样的温室气体会在早期火星上结冰 ， 大气中的氢是稳定液态水的一种意想不到的方式 。 ”
为了深入研究 ， 科学家们开发了第一个火星原始大气演化模型 ， 其中包括与不同地质时期相关的高温过程 。 这包括火星的形成 ， 火星表面被岩浆融流覆盖的时间 ， 以及第一个海洋和大气层的形成 。 这些模型表明 ， 从熔融岩石中产生的主要气体是分子氢和水蒸气的混合物 ， 火星最早的大气层比现在密度大得多 。
【多年的研究数据证明，当地球还在形成的时候火星已拥有宜居气候】模型还说明火星大气层中的水蒸气的行为与今天地球大气层中的类似 ， 基本上 ， 它会在低层大气中凝结成云 ， 而在高层大气中几乎没有保留 。 与此同时 ， 分子氢（大气中的主要成分）没有冷凝 ， 并缓慢地散失到太空中 。 进一步计算出 ， 大气中的分子氢含量会产生显著的温室效应 ， 以至于火星有温暖的海水 ， 这些海水甚至是热的 。
这些海洋是稳定的 ， 在大气中的氢逐渐消失到太空之前 ， 它们会在火星表面上存在很多年 。 正如另一位科学家解释的：
“这一关键理论——水蒸气凝结并保留在早期火星上 ， 而分子氢不凝结并可以逃逸——使得该模型可以直接与航天器（特别是火星科学实验室的好奇号探测器）的测量结果联系起来 。 这是第一个自然再现这些观测结果的模型 ， 对应了火星上最早的事件 。 ”
这一结果与美国宇航局好奇号探测车获得的关于西伯利亚时代（约37亿至29亿年前）的粘土样品一致 ， 并加强了先前火星陨石研究的结果 。 火星流星主要由火星内部形成的火成岩（即火山岩）组成 ， 并由上升到表面的岩浆喷出 。 这些流星含有溶解在内部的水 ， 被发现具有与地球海洋相似的D/H比 。 这表明 ， 在太阳系早期 ， 地球和火星的水来自同一个来源 。
此外 ， 美国科学家们进行的研究表明 ， 如果火星原始大气致密且富含氢 ， 那么地表水的氘含量自然会比内部高出两到三倍 。 这和好奇号获得的西伯利亚时代粘土样品展示的一模一样——其D/H值约为地球海洋的三倍 。 唯一的解释是 ， 分子氢在火星形成时期（约45亿年前）和西伯利亚时代之间消失在太空中 。
作为较重的元素 ， 氘的流失速度较慢 ， 导致地表水中的富集程度达到了观察到的水平 。 这些发现也对正在进行的寻找火星上过去生命的证据（今天可能仍然存在于地下）产生了巨大的影响 。 其中包括可追溯到20世纪中叶的斯坦利·米勒实验 ， 该实验表明 ， 益生菌分子在富含氢的“还原”大气中比在“氧化”大气中更容易形成 ， 比如今天的地球和火星 。
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