天文|奇妙！水星灼热的表面也许可以形成冰
简介：水星虽然离太阳很近 ， 温度也很高 ， 但其上依然有冰！
水星轨道接近太阳 ， 从另一方面讲这是否有助于其表面形成冰？
这听上去很矛盾 ， 但确实有可能！科学家分析了水星表面化学物质 ， 发现即便高温依然可以生成冰 。
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白天 ， 尽管水星温度飙升至750华氏度(400摄氏度) ， 远离阳光照射的环形山表面温度约为零下330华氏度(零下200 ℃) ，其内可能有冰的存在 。
得益于美国航天局(NASA)信使号(MESSENGER)飞船（现已不存在）对水星表面、空间环境、星球化学和测距的观测 ， 我们对这种冰已经研究了近十年 。 但这些冰是如何在那里形成的？仍然没有一个合理的化学解释 。 有新研究揭示了即使在这样极热的温度下水也能在地表存在的原因 。
>2011年 ， 美航局信使号探测器造访水星 ， 据其搜集的数据和图片显示 ， 尽管水星炽热异常 ， 其两极仍有冰存在 。 （图源：美国航天局/信使号）
这不是什么古怪的、离经叛道的想法 。 这项新研究的主创者、佐治亚理工大学化学与生物化学学院的研究员布兰特·琼斯在一份声明中说:“自上世纪60年代末以来 ， 人们已经观察到几十次这种基本的化学机制 。 但那是在符合定义的地表上 ， 而将这类化学反应应用到像水星这样复杂地表上是一项突破性的研究 。 ”
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【天文|奇妙！水星灼热的表面也许可以形成冰】水星表面的矿物质含有一组氢氧结构 ， 称为羟基 。 地球由于没有足够强大的磁场来屏蔽太阳风(来自太阳的带电粒子流)带来的质子 ， 因而在地表很常见 。
数十亿吨的冰水混合物潜藏在水星北极的冰坑中（图源：卡尔·凯特 ， 太空网撰稿人）
该研究模型表明 ， 磁场可以使质子(带正电的亚原子粒子)穿透水星 ， 如此一来质子就可以渗透进土壤和羟基中 。 灼热的太阳给羟基提供能量 ， 使其相互碰撞 。 碰撞的产物就是水(水也由氢和氧组成 ， 只是比例不同) ， 同时释放出更多的氢 ， 这些氢离开水星表面漂浮在水星之上 。
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一部分水分子在光照下分解成氢原子和氧原子 ， 另一部分则离开地表 ， 散逸到太空中去了 。 但这些“逃逸”的少数“幸运儿” ， 却最终还是落在了水星两极 ， 永久成为环形山的一份子 。 水星上没有实质上的大气 ， 无法传导热量 ， 水分子不会受到影响 ， 故而得以留存于此 。 虽然这过程听上去很微弱 ， 但随着时间的推移 ， 水冰会不断累积 。
该研究模型表明 ， 火星表面的水冰将在300万年内累积到11万亿吨（约为10万亿公吨） ， 而这个数量约占火星表面可观测到冰的10% 。 其他冰则来自于其他小世界 ， 例如小行星 ， 彗星和陨石等等 。
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“就像《加州旅馆》中唱的那样 ， 这些水分子来到环形山 ， 却从不停留 ， ”该研究的主研究员托马斯·奥兰多在声明中说道 。 他在乔治亚理工学院研究电子和质子诱导的表面化学 。
佐治亚理工大学的研究人员托马斯·奥兰多(左)和布兰特·琼斯模拟了一种化学反应 ， 在这种反应中 ， 火神星在水星上的热量有助于水星两极形成冰 。 这两名研究人员还在实验室中优化这种化学反应 ， 以作为未来月球和火星载人任务中制造水的一种方法 。 (图片来源:罗伯·菲尔特/佐治亚理工)
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水星并不是唯一表面有冰的星球 ， 月球和小行星、彗星等星体上也发现了水冰 。 但不同星体上水沉积的 位置不尽相同 。 “在我们的模型中 ， 这一过程在月球上不会有那么大的生产力 。 首先 ， 没有足够的热量来显著激活化学反应 ， ”琼斯说 。 基于这项研究的论文发表在了《天体物理学杂志快报》上 。
作者: Elizabeth Howell
FY: 涂小图
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