很难相信水星上有冰，但在400摄氏度的水星上，却竟然有冰存在！

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很难相信水星上有冰，水星白天温度达到400摄氏度。现在，一项研究表明，距离太阳最近行星火星上的大量热量可能有助于形成一些冰。目前科学共识认为，与地球一样，小行星输送了水星上的大部分水。但佐治亚理工学院的研究人员表示，极端的白天高温可能与极地陨石坑角落里零下200摄氏度的寒冷结合在一起，这些陨石坑永远看不到阳光，充当了一个巨大的制冰化学实验室。

化学成分并不太复杂，但这项新研究以水星上复杂的条件为模型，包括太阳风向水星投掷带电粒子，其中许多粒子是这种化学的关键质子。该模型提供了一条可行的路径，使水在一个充满所有必要成分的星球上以冰的形式产生和聚集。研究的第一作者、佐治亚理工学院化学和生物化学学院的研究员布兰特·琼斯(Brant Jones)说：这并不是什么奇怪离谱的想法。

热而简单的化学

自20世纪60年代末以来，人们在研究中已经观察到了几十次基本的化学机制。但这是在定义明确的表面上进行，将这种化学物质应用于像行星上这样的复杂表面是一项开创性研究。水星表面土壤中的矿物质含有羟基(OH)，主要由质子产生，在模型中，极高的热量有助于释放羟基，然后激发它们相互碰撞，产生水分子和氢气，这些分子和氢气从表面升起，在行星周围漂移。

一些水分子被阳光分解，或者升到离水星表面很远的地方，但另一些分子降落在水星两极附近，形成永久的陨石坑阴影，保护冰不受太阳的照射。水星没有大气层，因此没有空气会传导热量，所以分子成为永久冰川冰的一部分，隐藏在阴影中。研究的首席研究员、佐治亚理工学院化学和生物化学学院教授托马斯·奥兰多(Thomas Orlando)说：这有点像歌曲Hotel California。

水分子可以进入阴影，但却永远离不开了，假设在大约300万年的时间里，冰的总量是10^13千克，这一过程很容易占到水星总冰量的10%。其研究成果现在将发表在《天体物理学》期刊上，这项研究由美国宇航局太阳系探索研究虚拟研究所(SSERVI)计划和NASA行星大气计划资助。美国国家航空航天局(NASA)的信使号探测器开始绕水星运行，并确认了两极附近冰川的典型信号。

探测器确认水星冰

信使号（水星表面、空间环境、地球化学和测距）航天器发回的图像和数据证实了几年前由地面雷达捕捉到的冰特征。冰层很暗，潜伏在水星极地陨石坑的永久阴影中，水星上布满了陨石和小行星的伤疤，很像地球的卫星月球。事实上，这两个天体之间有相似之处，包括：水星和月球的大小，已经促使了许多比较，包括两个天体上都有水冰的可能性。

（上图所示）美国宇航局“信使号”探测器的数据和图像，尽管水星白天很热，但两极有永久性的冰，图片：NASA / MESSENGER

人类在月球上发现了可能有冰的微弱迹象，但几乎绝对肯定地在水星上发现了冰，而且相对丰富。这引发了一些令人费解的问题：如果小行星、彗星和陨石携带水撞击水星和月球，那么冰层存在的差异是什么原因呢？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，水星上的过程不会像在月球上那样富有成效，首先，没有足够的热量来显著激活化学作用。

在另一个单独的项目中，奥兰多实验室正在设计一个基于相同化学物质的系统，以便在月球上为未来的宇航员站在那里创造水。在水星上，来自太阳风的质子比在地球上要丰富得多，在地球上，强大的磁场将太阳风粒子(包括质子)鞭打回太空。而水星磁场只有地球约1%的强度，它将质子向下旋转到表面。这些就像巨大的磁龙卷风，随着时间的推移，它们会在水星的大部分表面造成巨大质子迁移。

将质子植入水星上大约10纳米深的土壤中，在矿物中形成羟基(OH)，这些羟基扩散到表面，在那里热量完成其余的工作。水星上大量水是由撞击的小行星输送来的，但也有一个问题，那就是充满水的小行星是从哪里获得这些水的？这样的过程可能有助于形成这种水。彗星或小行星实际上不需要携带水，因为单独与行星或月球的碰撞也可以制造水，水星和月球经常受到小型流星体的撞击，所以这种情况一直都在发生。

博科园｜研究/来自：佐治亚理工学院

参考期刊《天体物理学》

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