新浪科技综合|科学大家|火星上的湖泊去哪儿了？_

出品：新浪科技《科学大家》科学探索奖
作者：范开、魏勇
作者简介：魏勇研究员，中国科学院地质与地球物理研究所。
写在前面
作为中国首个火星探测任务， “天问一号”火星探测是2021年国内最被公众关注的科学大事件之一。 “科学探索奖”特别邀请了“天问一号”首席科学家助理、国科大行星科学教授、2020年“科学探索奖”获奖人魏勇开设专栏‘行星学者聊火星’ ，解读火星探测任务在各个关键时间节点上的科学进展。
2021年2月，我国自主研发的首颗火星探测器“天问一号”历经6个多月，跨越4.65亿公里成功抵达火星。回顾之前的系列文章， “天问一号”的主要科学任务包括调查火星表面环境进而理解火星大气的演化过程。在我国“天问一号”成功发射之前，国际火星卫星探测任务主要由美国、前苏联和欧洲的大型航空航天机构主导。
它们的研究结果显示，在约40亿年前，火星表面曾经存在过湖泊与海洋，但是今天的火星表面却无比干涸，其表面形貌特征与我国甘肃、青海、新疆等地的雅丹等风蚀地貌类似。为什么地球的表面仍然存在着海洋而火星的湖泊却不见了呢？地球的未来可能像如今的火星一样干涸吗？这些有关“火星表面液态水的去向”问题成为科学家关注的重中之重。

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图1：火星、地球冲积扇卫星照片对比图
Credit：NASA（左）， ESA（右）
【新浪科技综合|科学大家|火星上的湖泊去哪儿了？】如果把火星与地球对比，可以发现不少差异，其中，由两点区别尤其引人瞩目：
火星质量更小、重力仅为地球的0.38；
火星缺乏内禀磁场，不像地球的地磁场能够延伸至地表50 ， 000公里以上的高空。
引力更小，意味着火星表面的水、干冰通过蒸发、升华进入火星大气后，更容易扩散至高空、被太阳辐射电离，分解成H+、O+、CO+、CO2+等带电粒子；而火星又缺乏类似地球的“全球地磁场” ，这些高空中的带电粒子在火星向阳面400至600公里的高度即可进入太阳风、被太阳风电场加速，最终逃逸损失至行星际空间。这一过程，称为“离子逃逸” ，是导致火星表面水成分和大气损失的重要原因之一，也是欧洲航天局“火星快车”（Mars Express ， 2003年）、美国国家航空航天局（NASA）“火星大气与挥发物演化”（Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN ， MAVEN ， 2013年）任务的主要科学目标。

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