水对地球和其他行星的生命至关重要，科学家在火星的早期历史中发现了充足的水证据。但火星今天表面没有液态水。圣华盛顿大学的新研究。Louis提出了一个根本原因：火星可能太小，无法容纳大量水。

对火星陨石的遥感研究和分析可以追溯到20世纪80年代，认为与地球相比，火星曾经富含水。美国宇航局的维京轨道器航天器——以及最近地面上的好奇号和毅力号漫游者——返回了以河谷和洪水通道为标志的火星景观的戏剧性图像。

尽管有这些证据，但地表上没有液态水。研究人员提出了许多可能的解释，包括火星磁场的减弱，这可能导致厚厚的大气层损失。

但9月20日那一周发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究表明，今天的火星看起来与地球的“蓝色大理石”截然不同是一个更根本的原因。

该研究的高级作者、华盛顿大学地球和行星科学助理教授Kun Wang说，火星的命运从一开始就决定了。岩石行星的大小要求可能有一个阈值，以保留足够的水，以实现宜居性和板块构造，其质量超过火星。

在这项新研究中，Wang和他的合作者使用钾(K)元素的稳定同位素来估计不同行星天体上挥发性元素的存在、分布和丰度。

钾是一种中等挥发性元素，但科学家决定将其用作更挥发的元素和化合物(如水)的示踪剂。这是一种相对较新的方法，与之前尝试不同的是使用遥感和化学分析收集的钾与钍(Th)比率来确定火星曾经的挥发量。在之前的研究中，研究小组成员使用钾示踪剂方法来研究月球的形成。

王和他的团队测量了20颗之前确认的火星陨石的钾同位素成分，这些陨石被选为代表这颗红色行星的散装硅酸盐成分。

使用这种方法，研究人员确定火星在形成过程中损失的钾和其他挥发物比地球多，但保留的这些挥发量比月球和小行星4-Vesta多，这两个天体比地球和火星小得多，也更干燥。

研究人员发现，体型与钾同位素组成之间存在明确的相关性。

该研究的合著者、华盛顿大学地球和行星科学研究教授Katharina Lodders说，分化行星中挥发性元素及其化合物丰度远低于原始未分陨石的原因是长期存在的问题。K同位素成分与行星引力相关性的发现是一项新发现，对分化行星何时以及如何接收和失去其挥发性具有重要的定量意义。

王说，火星陨石是我们研究散装火星化学成分的唯一样本。“这些火星陨石的年龄从数亿年到40亿年不等，记录了火星的波动性演化历史。通过测量钾等中等挥发性元素的同位素，我们可以推断散装行星的挥发性耗尽程度，并在不同的太阳系天体之间进行比较。

王说，火星表面曾经有液态水是无可争议的，但仅通过遥感和漫游者研究，火星曾经总共有多少水很难量化。“火星的散装含水量有很多模型。在其中一些地方，早期的火星甚至比地球更潮湿。我们不相信情况会是这样。”

王实验室的研究生、麦克唐纳国际学院学者甄天是该论文的第一作者。博士后研究助理Piers Koefoed是合著者，2020年毕业于华盛顿大学的Hannah Bloom也是合著者。Wang和Lodders是该大学麦克唐纳空间科学中心的教员。

研究人员指出，这些发现对在火星以外的其他行星上寻找生命有影响。

离太阳太近(或者对系外行星来说，离恒星太近)会影响行星体可以保留的挥发量。这种与恒星的距离测量通常被分解为恒星周围“宜居带”的索引。

该研究的合著者、瑞士伯尔尼大学空间和宜居中心的克劳斯·梅兹格说，这项研究强调，行星的大小范围非常有限，足以开发宜居的表面环境。这些结果将指导天文学家在其他太阳系中寻找宜居的系外行星。

王现在认为，对于宜居带内的行星，在考虑系外行星是否可以支持生命时，可能应该更加强调和经常考虑行星大小。

王说，系外行星的大小是最容易确定的参数之一。基于大小和质量，我们现在知道系外行星是否是生命的候选者，因为挥发性保留的一阶决定因素是大小。