很難相信水星上有冰，水星白天溫度達到400攝氏度。現在，一項研究表明，距離太陽最近行星火星上的大量熱量可能有助於(yu) 形成一些冰。目前科學共識認為(wei) ，與(yu) 地球一樣，小行星輸送了水星上的大部分水。但佐治亞(ya) 理工學院的研究人員表示，極端的白天高溫可能與(yu) 極地隕石坑角落裏零下200攝氏度的寒冷結合在一起，這些隕石坑永遠看不到陽光，充當了一個(ge) 巨大的製冰化學實驗室。

化學成分並不太複雜，但這項新研究以水星上複雜的條件為(wei) 模型，包括太陽風向水星投擲帶電粒子，其中許多粒子是這種化學的關(guan) 鍵質子。該模型提供了一條可行的路徑，使水在一個(ge) 充滿所有必要成分的星球上以冰的形式產(chan) 生和聚集。研究的第一作者、佐治亞(ya) 理工學院化學和生物化學學院的研究員布蘭(lan) 特·瓊斯(Brant Jones)說：這並不是什麽(me) 奇怪離譜的想法。

熱而簡單的化學

自20世紀60年代末以來，人們(men) 在研究中已經觀察到了幾十次基本的化學機製。但這是在定義(yi) 明確的表麵上進行，將這種化學物質應用於(yu) 像行星上這樣的複雜表麵是一項開創性研究。水星表麵土壤中的礦物質含有羥基(OH)，主要由質子產(chan) 生，在模型中，極高的熱量有助於(yu) 釋放羥基，然後激發它們(men) 相互碰撞，產(chan) 生水分子和氫氣，這些分子和氫氣從(cong) 表麵升起，在行星周圍漂移。

一些水分子被陽光分解，或者升到離水星表麵很遠的地方，但另一些分子降落在水星兩(liang) 極附近，形成永久的隕石坑陰影，保護冰不受太陽的照射。水星沒有大氣層，因此沒有空氣會(hui) 傳(chuan) 導熱量，所以分子成為(wei) 永久冰川冰的一部分，隱藏在陰影中。研究的首席研究員、佐治亞(ya) 理工學院化學和生物化學學院教授托馬斯·奧蘭(lan) 多(Thomas Orlando)說：這有點像歌曲Hotel California。

水分子可以進入陰影，但卻永遠離不開了，假設在大約300萬(wan) 年的時間裏，冰的總量是10^13千克，這一過程很容易占到水星總冰量的10%。其研究成果現在將發表在《天體(ti) 物理學》期刊上，這項研究由美國宇航局太陽係探索研究虛擬研究所(SSERVI)計劃和NASA行星大氣計劃資助。美國國家航空航天局(NASA)的信使號探測器開始繞水星運行，並確認了兩(liang) 極附近冰川的典型信號。

探測器確認水星冰

信使號（水星表麵、空間環境、地球化學和測距）航天器發回的圖像和數據證實了幾年前由地麵雷達捕捉到的冰特征。冰層很暗，潛伏在水星極地隕石坑的永久陰影中，水星上布滿了隕石和小行星的傷(shang) 疤，很像地球的衛星月球。事實上，這兩(liang) 個(ge) 天體(ti) 之間有相似之處，包括：水星和月球的大小，已經促使了許多比較，包括兩(liang) 個(ge) 天體(ti) 上都有水冰的可能性。

（上圖所示）美國宇航局“信使號”探測器的數據和圖像，盡管水星白天很熱，但兩(liang) 極有永久性的冰，圖片：NASA / MESSENGER

人類在月球上發現了可能有冰的微弱跡象，但幾乎絕對肯定地在水星上發現了冰，而且相對豐(feng) 富。這引發了一些令人費解的問題：如果小行星、彗星和隕石攜帶水撞擊水星和月球，那麽(me) 冰層存在的差異是什麽(me) 原因呢？水星是否接收了一些在月球上“不起作用”的水？在研究模型中，水星上的過程不會(hui) 像在月球上那樣富有成效，首先，沒有足夠的熱量來顯著激活化學作用。

在另一個(ge) 單獨的項目中，奧蘭(lan) 多實驗室正在設計一個(ge) 基於(yu) 相同化學物質的係統，以便在月球上為(wei) 未來的宇航員站在那裏創造水。在水星上，來自太陽風的質子比在地球上要豐(feng) 富得多，在地球上，強大的磁場將太陽風粒子(包括質子)鞭打回太空。而水星磁場隻有地球約1%的強度，它將質子向下旋轉到表麵。這些就像巨大的磁龍卷風，隨著時間的推移，它們(men) 會(hui) 在水星的大部分表麵造成巨大質子遷移。

將質子植入水星上大約10納米深的土壤中，在礦物中形成羥基(OH)，這些羥基擴散到表麵，在那裏熱量完成其餘(yu) 的工作。水星上大量水是由撞擊的小行星輸送來的，但也有一個(ge) 問題，那就是充滿水的小行星是從(cong) 哪裏獲得這些水的？這樣的過程可能有助於(yu) 形成這種水。彗星或小行星實際上不需要攜帶水，因為(wei) 單獨與(yu) 行星或月球的碰撞也可以製造水，水星和月球經常受到小型流星體(ti) 的撞擊，所以這種情況一直都在發生。

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博科園｜研究/來自：佐治亞(ya) 理工學院

參考期刊《天體(ti) 物理學》

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