三个航天器获得的数据显示小型沙尘暴在使火星变得干燥中发挥巨大作用

科罗拉多大学博尔德分校大气和空间物理实验室的研究员Michael S. Chaffin说：“你要永久地失去水，只需要失去一个氢原子，因为这样氢和氧就不能重新结合成水。因此，当你失去一个氢原子时，你肯定失去了一个水分子。”

科学家们长期以来一直怀疑，曾经像地球一样温暖湿润的火星在很大程度上通过这一过程失去了大部分的水，但是他们没有意识到区域性沙尘暴的重大影响，这些沙尘暴几乎每年夏天都发生在这个星球的南半球。通常每隔三到四年火星就会发生一次的全球沙尘暴被认为是罪魁祸首，再加上南半球火星更接近太阳时的炎热夏季。

但是根据2021年8月16日发表在《自然-天文学》杂志上的一篇新论文，火星大气层在较小的、区域性的沙尘暴中也会“被加热”。一个由Chaffin领导的国际团队发现火星在区域性风暴期间失去的水量是没有区域性风暴的南方夏季的两倍。

NASA戈达德太空飞行中心的火星水专家Geronimo Villanueva是Chaffin论文的共同作者，他说：“这篇论文帮助我们实际上回到了过去，并说：‘好吧，现在我们有另一种失去水的方式，这将帮助我们把我们今天在火星上的这点水与我们过去的大量的水联系起来’。”

由于水是我们所知的生命的关键成分之一，科学家们正试图了解水在火星上流动了多长时间以及它是如何流失的。

几十亿年前，火星上的水比今天多得多。剩下的水被冻结在两极或锁在地壳里。一些科学家预测，融化后，这些剩余的水可以填满全球海洋，深度可达100英尺（30米）。

尽管像Chaffin这样的科学家对火星上的水发生了什么有很多想法，但他们缺乏将整个画面联系起来所需的测量。然后，在2019年1月至2月的一次区域性沙尘暴期间，航天器轨道的罕见交汇使科学家能够收集到前所未有的观察结果。

NASA的火星勘测轨道飞行器( MRO)测量了从表面到约100公里以上的温度、灰尘和水冰浓度。在相同的高度范围内，欧空局（ESA）的微量气体火星轨道器测量了水蒸气和冰的浓度。NASA的火星大气和挥发性演化(MAVEN)探测器则报告了火星最高处，即离火星地表1000公里以上的氢气数量，从而为测量画上了句号。

Chaffin说，这是第一次有这么多任务集中在一个单一事件上。“我们真正抓住了整个系统的行动。”科学家们报告说，从三个探测器上的四个仪器收集的数据描绘了一幅区域性沙尘暴在火星水逃逸中的作用的清晰画面。微量气体火星轨道器科学小组的成员Villanueva说：“这些仪器应该都讲述了同样的故事，而且它们确实如此。”

在沙尘暴开始之前，欧洲轨道飞行器上的光谱仪检测到低层大气中的水蒸气。通常情况下，在火星一年的大部分时间里，火星大气的温度随着高度的增加而变低，这意味着在大气中上升的水蒸气会在相对较低的高度冻结。但是随着沙尘暴的起飞，加热了更高的大气层，仪器看到水蒸气到达更高的高度。这些仪器发现在沙尘暴开始后，中层大气中的水增加了10倍，这与火星勘测轨道飞行器上的红外辐射计的数据恰好吻合。

辐射计测量了随着尘埃在火星上空高高扬起，大气层中温度的上升。它也看到了水冰云的消失，正如预期的那样，因为冰不能再在更温暖的低层大气中形成。来自MAVEN的紫外线光谱仪的图像证实了这一点；它们显示，在2019年的风暴之前，可以看到冰云在火星Tharsis地区高耸的火山上方盘旋。“但是当沙尘暴全面展开时，它们完全消失了，”Chaffin说，它们在沙尘暴结束后重新出现了。

在更高的高度，水蒸气预计会被太阳的紫外线辐射分解成氢气和氧气。事实上，MAVEN的观测结果显示了这一点，因为它捕捉到高层大气中的氢气在风暴期间增加了50%。这一测量结果与60英里以下的水膨胀完全对应，科学家说这是氢气的来源。