在火星南半球进入夏季时,近日点附近是南半球最接近太阳的时候,火星南半球的夏季温度明显高于北半球的夏季温度,这就使得水蒸气在这个时候较容易穿过中层大气,可以一路上升进入上层大气,从而逃离火星而进入太空。
研究人员解释了这种以前不为人知的机制:“在下层大气与上层大气之间,存在一个屏障(中层大气),由于这一屏障的温度较低,水蒸气很难穿过它。但在一个火星年中某个地点的某个时间,这个屏障会开一个‘小窗口’,让水蒸气穿过,从而使水蒸气穿过它而进入上层大气中。”
他们用计算机模拟了从火星表面到160公里高度的大气层中水蒸气的流动过程,结果表明,在一个火星年中,在南纬60度以上、日面经度250度至270度之间的位置,水蒸气每天会在冰冷的中层大气中穿行两次。
德国马克斯普朗克太阳系研究所的保罗·哈托说:“南半球的夏季,在一天中的某些时候,水蒸气会随着较暖气团在局部上升,并进入到上层大气中,在上层大气中,气流将一部分水蒸气沿经度方向带到两极,在那里水蒸气冷却并再次下沉。但是,部分水蒸气会逃脱出这个循环,因为在太阳辐射的影响下,使水分子分解,从而逃逸进入太空。”
原因之二:火星尘暴
研究人员计算出,在2007年的尘暴期间,进入上层大气中的水蒸气是南半球无尘暴夏季的两倍。由于尘埃颗粒吸收阳光并因此升温,整个大气层的温度上升了30度。哈托总结道:“很明显,火星大气层比地球大气层更容易损失水蒸气。”
火星的未来
研究人员还认为,火星的大气厚度要曾经比现在的厚得多,可能像今天的地球一样,含有非常多的水蒸气,甚至还可能存在河流、湖泊和海洋。而现在,火星的大气层变得非常稀薄,它不再像几十亿年前那样存储那么多的水蒸气,但它的大气层中仍然存在一个活跃的水循环系统,使得水蒸气还能轻易地逃到太空中去。
因此,长久来看,火星将会变得越来越干枯。此外,这项研究所揭示的特殊的水循环机制,也有助于我们理解其它星球(包括地球)的演化。