年幼时的火星也曾生机勃勃

我们平时看了太多的火星照片，以至于现在一提起火星，首先想到的就是红色的土地、沙漠般的世界，还有巨大的撞击坑，高耸绵延的山脉和山谷。但是火星以前可不是这样的，它曾经也像地球一样充满液态水。即使在今天，我们也能从火星的地表上找到河流的线索。从火星轨道飞行器拍摄的鸟瞰图就可以看到干涸的河床，而且还有河流留下的U型谷！

上图左可以看到火星表面，由于河流冲刷留下的河床，有图可以看到火星极地冰盖和稀薄的大气云层。我们还在火星表面发现了沉积结构，地表下有富含硅酸盐的岩层，甚至还有赤铁矿颗粒，所有这些发现都表明水曾经在火星表面上可以自由流动。

但是火星表面的水现在已经消失了，而且这个时间超过10亿年。液态水在今天的火星上几乎是不可能存在的！因为和所有物质一样，水以固态、液态或气态的形式存在，这三种形式取决于周围环境的压力和温度。水所有的三相在地球上很常见，但是压力低于某一阈值，也就是在水的三相点处，水只能以两相的形式存在，即固态相和气态相。

然而火星上的平均大气压仅为地球上的0.6%，处于或低于水的三相点，就这一点就可以让火星上不可能存在液态水。事实上，如果我们回到早期的太阳系，火星和地球可能真的是孪生兄弟。并没有今天这么大的差异。

地球在幼年时期与今天样貌不同。大气中最常见的气体是水、氨、甲烷和氢气，这些气体都能很好地捕获热量。尽管当时的太阳的亮度只有今天的80%，但由于这些温室气体的作用地球表面仍然有广阔的海洋和液态水。此外，小行星和彗星的撞击比今天更为常见，所有构成生命所必需的有机物都已具备。据我们所知，火星除了比地球小一些、离太阳远一些外，应该和地球当时的情况一样。

火星和地球分道扬镳，火星上发生了什么？

在地球和火星诞生后最初的几亿年间，地球上的生命发展得相对较快，这得益于地球相对稳定的环境。而火星在这个时期也在孕育着自己的生命，但是火星并没有地球那么幸运。在某一时期，也许是诞生后的10亿或20亿年，那些与地球曾经相似的条件，那些对生命有益的条件发生了重大的变化。严格来说我们确实不能准确的说出火星到底发生了什么，但是根据目前所掌握的证据和理论，我们也提出了一些看起来很合理的假设。

太阳其实是个危险、暴躁的天体，它除了每天给我们送来光和热，还会不断地向四面八方喷射带电离子流。如果我们的地球只是一个冷冰冰的岩石，那么这股粒子流（太阳风）会在很短的时间内把地球大气吹走。其实这个过程是这样的，高能粒子与大气相撞的话，会将自己的动能传递给大气粒子，获得足够能量的大气粒子，就会从地球的引力场中逃逸！那么地球仍然有厚厚的大气层，其主要的原因是我们地球的核心其实是个强大的磁场发电机。熔融的外核和固态内核在地球自转的过程中相互作用产生了贯穿整个地球的磁场。

以前我们认为磁场只存在于地球表面附近，使指南针偏转帮助导航，但事实上地球的磁场延伸到了遥远的太空！当太阳风的带电粒子流向地球袭来的时候，磁场会使带电粒子偏转，并强有力地保护地球大气不受太阳风的撞击，使大气层保持完整。但是太阳系已经有45亿年的历史，而且火星比地球要小得多。

行星的大小很重要，因为正是地球的体积让其核心一直保持熔融状态。而火星半径只有3,390公里或地球的53%，火星只有地球表面积的28%。除此之外，火星的质量要低得多，地球大约是火星质量的9倍！由于火星的质量与表面积之比要比地球小得多，所以火星的冷却速度比地球要快得多，直到核心冷却。在某一时刻，火星曾经存在的动态磁场也不复存在！火星的大气层就任由太阳风的剥削。

被一个厚重的大气层和液态水统治了大约10亿年或更久的世界里，火星磁场的消亡意味着这些高能带电粒子将开始与火星上层大气中的粒子碰撞，赋予它们足够的动能逃离火星的引力场！在短短的几百万年里，火星从一个充满有机物、液态水和所有构成生命元素的世界，变成了今天看到的这个荒凉、贫瘠、几乎完全冰冻的世界。

总结：MAVEN号为了验证假设前往火星一探究竟

以上就是对火星变成今天这般模样最主要的假设。2013年我们向火星发射了MAVEN探测器（火星大气与挥发物演化任务），目的就是测试这一假说是否正确！在火星表面我们已经派出了着陆器和火星车，包括好奇号、洞察号，它们钻洞、挖土，传回照片进行分析，并以前所未有的方式探索着火星的地形。但是，如果我们想知道火星表面发生了什么，那就意味着要了解火星的大气层发生了什么，而MAVEN就是通过测量火星大气层来了解火星大气的失踪之谜！

MAVEN经过10个月的旅程，顺利到达火星，并且进入了火星的偏心轨道，获取火星上层大气数据。通过测量今天太阳风和大气粒子从火星逃逸的流量，我们获得了有关火星大气第一批硬数据，从而可以推断火星大气最初是如何消失的！更重要的是，火星表面的“好奇号”上的仪器与“MAVEN号”上的仪器类似，因此，当MAVEN在上层大气中测定大气成分、元素同位素比率以及挥发性物质（如甲烷）的存在和形成时，“好奇号”可以在火星大气的底层进行同样的测定。Maven返回的数据告诉了我们火星大气是如何被今天的太阳风吹走的！

结合两个任务的数据，关于火星大气是如何消失的，更加印证了之前的假设，也为我们提供了火星大气逃逸的详细细节。所以，当我们下次在看到这颗寒冷、干燥、红色的行星时，要知道火星以前也有是有奔腾的河流，它也曾试图创造生命，只是命运不好！

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