對上世紀80年代的火星隕石進行的遙感研究和分析認為，與地球相比，火星曾經(jīng)富含水。美國航天局的維京軌道飛行器，以及最近火星表面的“好奇號”和“毅力號”漫游車傳回了以河谷和洪道為標志的火星景觀的引人注目的圖像。

盡管有這些證據(jù)，但火星表面的確沒有液態(tài)水。研究人員提出了許多可能的解釋，包括火星磁場的減弱可能導(dǎo)致豐厚大氣的流失。9月20日發(fā)表在美國《國家科學(xué)院院刊》的一項研究認為，今天的火星看起來與“藍色大理石”地球如此不同，還有一個更根本的原因。

“火星的命運從一開始就注定了。”華盛頓大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院地球與行星科學(xué)助理教授、該研究領(lǐng)銜作者王坤(音譯)說，“巖石行星的體積，包括哪些體積超過火星的巖石行星，可能有一個臨界值以保持足夠的水，來支持其宜居性和板塊構(gòu)造。”

在新研究中，王坤和合作者使用鉀元素的穩(wěn)定同位素來估計揮發(fā)性元素在不同行星上的存在、分布和豐度。

鉀是一種中等揮發(fā)性的元素，但科學(xué)家舉行用它作為水等更具揮發(fā)性的元素和化合物的示蹤劑。這是一種相對較新的方法，不同于以往利用遙感和化學(xué)分析收集的鉀釷比率來確定火星曾經(jīng)有過的揮發(fā)物的數(shù)量。在之前的研究中，該研究小組使用鉀示蹤劑的方法來研究月球的形成。

研究團隊測量了之前確認的20塊火星隕石的鉀同位素組成，這些隕石被看作是火星大塊硅酸鹽組成的代表。他們確定火星在形成過程中比地球損失了更多的鉀和其他揮發(fā)物，但保留了比月球和灶神星更多的這些揮發(fā)物，這兩個天體比地球和火星小得多，也干燥得多。

研究人員發(fā)現(xiàn)，行星大小和鉀同位素組成之間存在明確的關(guān)聯(lián)。“在火星等行星中，揮發(fā)性元素及其化合物的豐度遠低于原始未分化的隕石，這是一個長期存在的問題。”該研究共同作者、華盛頓大學(xué)地球和行星科學(xué)研究教授Katharina Lodders說，“這是一項新發(fā)現(xiàn)，對于不同的行星何時以及如何接收和失去它們的揮發(fā)物具有重要的定量意義。”

“火星隕石是我們可以用來研究火星整體化學(xué)組成的唯一樣本。”王坤說，“其年齡從數(shù)億年到40億年不等，記錄了火星不穩(wěn)定的演化歷史。通過測定鉀等中揮發(fā)性元素的同位素，可以推斷出體積行星的揮發(fā)性耗竭程度，并對不同太陽系天體進行比較。”

“火星表面曾經(jīng)有液態(tài)水，這是無可爭議的，但僅通過遙感和漫游者機器人開展研究，很難量化火星上曾經(jīng)有多少水。”王坤說，“有很多關(guān)于火星水分含量的模型。在其中一些地區(qū)，早期的火星甚至比地球還要潮濕。我們認為情況并非如此。”

研究人員指出，這一發(fā)現(xiàn)對尋找火星以外的其他行星上的生命具有啟示意義。離太陽太近(或者距離其恒星太近的系外行星)會影響行星體能夠保留的揮發(fā)物的數(shù)量。這種距離測量經(jīng)常被納入恒星周圍“宜居帶”的指數(shù)中。

“這項研究強調(diào)，足以形成適宜居住的、水不會少也不會太多的表面環(huán)境的行星范圍非常受限。”研究共同作者、瑞士伯爾尼大學(xué)空間和宜居性中心的Klaus Mezger說，“這些結(jié)果將指導(dǎo)天文學(xué)家在其他太陽系中尋找可居住的系外行星。”王坤認為，對于位于宜居帶內(nèi)的行星來說，在考慮一顆系外行星能否維持生命時，行星的大小應(yīng)該被更加強調(diào)，并納入常規(guī)考慮。