解释火星大气中持续存在的氢

　　今天寒冷干燥的火星在几十亿年前有流动的河流和湖泊，这一事实让科学家们困惑了几十年。现在 ，哈佛大学的研究人员认为，他们对古代火星更温暖、更潮湿有了一个很好的解释 。

　　哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员领导的一个研究小组
，在先前将火星描述为一个时而热时而冷的地方的理论基础上，确定了古代火星在早期能够维持足够温暖以容纳水和可能的生命的化学机制。

　　“火星上有液态水一直是一个谜 ，因为火星离太阳更远
，而且太阳早期更弱，”美国宇航局萨根博士后研究员 、《自然地球科学》新论文的主要作者丹妮卡亚当斯说
。

　　此前 ，氢被认为是一种神奇的成分
，它与火星大气中的二氧化碳混合在一起，引发了温室效应。但是大气中氢的寿命很短 ，所以需要更详细的分析 。

　　现在,亚当斯;SEAS环境科学与工程戈登·麦凯教授罗宾·华兹华斯；和团队进行了光化学建模——类似于今天用来追踪空气污染物的方法——来填补早期火星大气与氢的关系的细节
，以及这种关系如何随着时间的推移而变化
。

　　华兹华斯说：“早期的火星是一个失落的世界，但如果我们提出正确的问题 ，它可以非常详细地重建。 ”“这项研究首次综合了大气化学和气候
，做出了一些惊人的新预测——一旦我们把火星岩石带回地球，这些预测就可以得到验证 。”

　　亚当斯修改了一个名为KINETICS的模型 ，以模拟氢和其他气体的组合如何与地面和空气反应，控制早期火星的气候
。

　　她发现
，在40亿到30亿年前的火星诺亚纪和希斯纪时期，火星在大约4000万年的时间里经历了断断续续的温暖期 ，每次温暖期持续10万年或更长时间。这些估计与今天火星的地质特征是一致的 。温暖潮湿的时期是由地壳水合作用驱动的
，或者说是水流失到地面，这提供了足够的氢 ，在数百万年的时间里在大气中积累
。

　　在冷暖气候的波动中
，火星大气的化学成分也在波动。二氧化碳不断受到阳光的照射并转化为一氧化碳 。在温暖时期，一氧化碳可以再循环成二氧化碳 ，使二氧化碳和氢占主导地位
。但如果低温持续的时间足够长
，这种循环就会减慢，产生更多的CO ，并导致更多的还原状态
，也就是更少的氧气。因此，随着时间的推移 ，大气的氧化还原状态发生了巨大的变化 。

　　亚当斯说：“我们已经确定了所有这些变化的时间尺度。
”“我们在同一个光化学模型中描述了所有的碎片
。”

　　建模工作提供了潜在的新见解，帮助我们了解在温暖时期支持生命前化学的条件-我们所知道的后来生命的基础-以及在寒冷和氧化间隔期间生命持续存在的挑战。亚当斯和其他人正开始利用同位素化学模型寻找这些变化的证据
，他们计划将这些结果与即将到来的火星样本返回任务的岩石进行比较 。

　　与地球不同，火星缺乏板块构造 ，所以今天看到的火星表面与很久以前的火星表面相似
，这使得火星上湖泊和河流的历史变得更加有趣
。亚当斯说：“这是研究行星如何随时间演变的一个很好的案例。 ”

　　亚当斯在加州理工学院攻读博士学位时开始了这项工作，她使用的光化学模型就在加州理工学院 。这项研究得到了美国宇航局和喷气推进实验室的支持
。