美国加州大学戴维斯分校的研究人员说，火星上的大气形成方式可能与当前的理论相矛盾。 该团队之所以得出这一结论，是因为对 1815 年法国东北部坠落地球的 Chassigny 陨石进行了新的分析，据信它代表了火星内部。
目前的行星形成理论表明，像地球和火星这样的岩石行星在其形成的早期阶段从其母星周围的星云中获得了挥发性化学元素，如氢、碳、氧、氮和氪等惰性气体。
最初，这些元素溶解（从技术上讲，它们“渗入”）在行星的地幔中，此时地幔以熔融岩石或岩浆的海洋形式存在于地表。 后来，当岩浆海洋结晶时，海洋将这些源自太阳星云的挥发物“脱气”回大气层，然后逐渐消散到太空中。 最后，在更晚的阶段，称为球粒陨石的陨石通过撞击年轻的行星传递了额外的挥发性物质。
“因此，预计行星内部将主要由太阳挥发物组成，或者是太阳和球粒陨石挥发物的混合物。 另一方面，大气中的挥发物主要来自陨石，”研究小组负责人解释说 桑德琳·佩龙.
火星内部含有球粒陨石氪
然而，这一预测与该团队的研究结果不一致，该研究结果基于对 Chassigny 陨石样本中氪同位素的测量。 由于源自太阳星云的氪和源自球粒陨石的氪中的氪同位素比率不同，分析同位素比率使研究人员能够确定查斯西尼——进而延伸到火星内部——是如何获得氪的。
“我们的研究表明，火星内部含有球粒陨石氪，这与[类似太阳氪的]大气成分形成鲜明对比，”佩龙告诉 物理 世界. “因此，目前的情况不再成立。”
同位素的精确测量
在进行测量之前，研究人员首先必须消除第三个氪源。 Péron 说，Chassigny 在坠入地球之前花了 11 万年穿越太空——相当长。 在此期间，它暴露在宇宙辐射下，宇宙辐射可以通过散裂反应从其他元素中产生氪和其他惰性气体。
为了从他们的样本中去除这种所谓的“宇宙成因”氪，研究人员将陨石分阶段加热到大约 200 到 1500°C。 这种分步加热技术之所以有效，是因为宇宙氪和火星氪在不同温度下释放。
分析程序的另一个重要部分是将氪与陨石中存在的其他惰性气体分开。 研究人员通过使用质谱法一个接一个地分析惰性气体来做到这一点。 “由于我们想避免干扰问题，我们需要在质谱仪中使用几乎纯氪相（不含氩气和氙气），”Péron 解释说。 “为了实现氪气与氩气和氙气的干净分离，我们在加州大学戴维斯分校开发了一种新的分离方案，其中包括一个新的低温阱。”
Péron 说，该协议与阶梯加热相结合，使团队能够获得 Chassigny 陨石的精确氪同位素测量值。
陨石更早地释放出挥发性元素
Chassigny 中的氪同位素对应于在球粒陨石中发现的同位素，而不是在太阳星云中发现的这一事实，这意味着球粒陨石向婴儿火星输送挥发性元素的时间比以前认为的要早得多，而太阳星云仍然存在。 “大气中的太阳挥发物不能像之前假设的那样来自地幔脱气，而是很可能在太阳星云消散之前（太阳系诞生后大约 10 Myr）和火星大部分吸积后从太阳星云中捕获，”Péron说。 “这颠覆了当前的想法。
模拟表明，小行星撞击会破坏火星遗迹海岸线的证据
“一个具有挑战性的方面是如何将这些太阳挥发物保留在大气中，因为它们应该由于早期太阳发出的辐射而丢失，”她继续说道。 “一种可能的情况是火星在吸积后很冷，部分太阳能气体被困在地下或极地冰盖中。”
研究人员希望他们的工作能够激发对行星大气，特别是火星大气如何形成的进一步研究。 就他们而言，他们计划更好地表征火星地幔的组成，以确定它是否是异质的。 “另一个方面是更好地了解火星大气的起源以及它是如何演变的，同时考虑到我们研究的限制，”Péron 说。 “这将涉及确定允许太阳氪和氙保留在地球表面的条件。”
该研究的详细信息 科学.
