火星上每隔兩個地球年會有水蒸氣升入上層大氣

數十億年前，火星曾是個富含水的星球，有河流，甚至海洋。但後來失去至少80%的水，火星表面現在僅剩少量的水以冰的形式存在，大氣中僅有微量的水蒸氣。上層大氣受太陽紫外線輻射影響，水分子分解為氫和羥基，氫原子無可輓回地飛入太空。行星學家想知道，火星上的水到底如何流失，畢竟火星中層大氣與地球大氣的對流層頂相似，應該能夠阻擋水蒸氣升到大氣頂層。

俄羅斯和德國專家發現了先前未知的一種可以讓水蒸氣進入上層大氣的機制。他們構建的模型全方位描述了從火星表面到160千米高空的氣流情況。計算結果顯示，通常只在特定季節水蒸氣才能穿透中層大氣，也就是在火星南半球進入夏季的時候，平均每兩個地球年出現一次（1個火星年等於686.98個地球日）。而且即便在夏季，只在一天中的某些時候才會形成水蒸氣上升的有利條件。

而火星北半球即便進入夏季也完全不會形成這種條件。火星軌道比地球軌道扁得多，火星與太陽的最近距離與最遠距離相差4200萬公里。而當火星位於近日點附近時，正值南半球夏季，因此南半球夏季比北半球夏季要炎熱得多。

保羅·哈托格（Paul Hartogh）表示："當南半球夏季來臨，在一天中的某些時候，水蒸氣可以隨著更溫暖的氣團局部上升，到達上層大氣。"在上層大氣中，氣流會把水蒸氣帶到北極，水蒸氣在那裡再次冷卻、降落。但部分水蒸氣會脫離這個循環，在太陽輻射的影響下，水分子分解，氫逸入太空。

每隔幾年就會席捲整個火星的巨大沙塵暴（最近一次發生在2007年和2018年）也為水蒸氣進入上層大氣提供了便利。

據專家計算，2007年沙塵暴期間進入上層大氣的水蒸氣是南半球夏季正常量的兩倍。因為灰塵顆粒吸收太陽光後變熱，整個大氣的溫度會上升至30度。

研究報告第一作者、莫斯科物理技術學院專家德米特里·沙波什尼科夫表示："我們的模型以前所未有的精度展示了大氣中的灰塵對與冰變水蒸氣有關的微觀物理過程的影響。 "

研究報告發佈在《地球物理學研究快報》上。