“曾經(jīng)的火星也有著濕潤的空氣、肥沃的土地，但是現(xiàn)在空氣干燥、寒冷、毫無生氣。那么我想知道火星到底發(fā)生了什么，這樣我們就可以防止地球重蹈覆轍?！薄釥枴さ赂窭埂ぬ┥?/p>

可以肯定的是，在火星上曾經(jīng)發(fā)生過重大的變故。今天在這片紅色荒蕪，猶如沙漠般的土地上，除了狂風(fēng)席卷著塵土，沒有任何生命的跡象！看到火星這般模樣，難免讓我們想到地球的未來。今天我們就說下，有關(guān)我們紅色鄰居的故事，以及它為什么會(huì)變成今天這個(gè)樣子？

年幼時(shí)的火星也曾生機(jī)勃勃

我們平時(shí)看了太多的火星照片，以至于現(xiàn)在一提起火星，首先想到的就是紅色的土地、沙漠般的世界，還有巨大的撞擊坑，高聳綿延的山脈和山谷。但是火星以前可不是這樣的，它曾經(jīng)也像地球一樣充滿液態(tài)水。即使在今天，我們也能從火星的地表上找到河流的線索。從火星軌道飛行器拍攝的鳥瞰圖就可以看到干涸的河床，而且還有河流留下的U型谷！

上圖左可以看到火星表面，由于河流沖刷留下的河床，有圖可以看到火星極地冰蓋和稀薄的大氣云層。我們還在火星表面發(fā)現(xiàn)了沉積結(jié)構(gòu)，地表下有富含硅酸鹽的巖層，甚至還有赤鐵礦顆粒，所有這些發(fā)現(xiàn)都表明水曾經(jīng)在火星表面上可以自由流動(dòng)。

但是火星表面的水現(xiàn)在已經(jīng)消失了，而且這個(gè)時(shí)間超過10億年。液態(tài)水在今天的火星上幾乎是不可能存在的！因?yàn)楹退形镔|(zhì)一樣，水以固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的形式存在，這三種形式取決于周圍環(huán)境的壓力和溫度。水所有的三相在地球上很常見，但是壓力低于某一閾值，也就是在水的三相點(diǎn)處，水只能以兩相的形式存在，即固態(tài)相和氣態(tài)相。

然而火星上的平均大氣壓僅為地球上的0.6%，處于或低于水的三相點(diǎn)，就這一點(diǎn)就可以讓火星上不可能存在液態(tài)水。事實(shí)上，如果我們回到早期的太陽系，火星和地球可能真的是孿生兄弟。并沒有今天這么大的差異。

地球在幼年時(shí)期與今天樣貌不同。大氣中最常見的氣體是水、氨、甲烷和氫氣，這些氣體都能很好地捕獲熱量。盡管當(dāng)時(shí)的太陽的亮度只有今天的80%，但由于這些溫室氣體的作用地球表面仍然有廣闊的海洋和液態(tài)水。此外，小行星和彗星的撞擊比今天更為常見，所有構(gòu)成生命所必需的有機(jī)物都已具備。據(jù)我們所知，火星除了比地球小一些、離太陽遠(yuǎn)一些外，應(yīng)該和地球當(dāng)時(shí)的情況一樣。

火星和地球分道揚(yáng)鑣，火星上發(fā)生了什么？

在地球和火星誕生后最初的幾億年間，地球上的生命發(fā)展得相對較快，這得益于地球相對穩(wěn)定的環(huán)境。而火星在這個(gè)時(shí)期也在孕育著自己的生命，但是火星并沒有地球那么幸運(yùn)。在某一時(shí)期，也許是誕生后的10億或20億年，那些與地球曾經(jīng)相似的條件，那些對生命有益的條件發(fā)生了重大的變化。嚴(yán)格來說我們確實(shí)不能準(zhǔn)確的說出火星到底發(fā)生了什么，但是根據(jù)目前所掌握的證據(jù)和理論，我們也提出了一些看起來很合理的假設(shè)。

太陽其實(shí)是個(gè)危險(xiǎn)、暴躁的天體，它除了每天給我們送來光和熱，還會(huì)不斷地向四面八方噴射帶電離子流。如果我們的地球只是一個(gè)冷冰冰的巖石，那么這股粒子流（太陽風(fēng)）會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)把地球大氣吹走。其實(shí)這個(gè)過程是這樣的，高能粒子與大氣相撞的話，會(huì)將自己的動(dòng)能傳遞給大氣粒子，獲得足夠能量的大氣粒子，就會(huì)從地球的引力場中逃逸！

那么地球仍然有厚厚的大氣層，其主要的原因是我們地球的核心其實(shí)是個(gè)強(qiáng)大的磁場發(fā)電機(jī)。熔融的外核和固態(tài)內(nèi)核在地球自轉(zhuǎn)的過程中相互作用產(chǎn)生了貫穿整個(gè)地球的磁場。

以前我們認(rèn)為磁場只存在于地球表面附近，使指南針偏轉(zhuǎn)幫助導(dǎo)航，但事實(shí)上地球的磁場延伸到了遙遠(yuǎn)的太空！當(dāng)太陽風(fēng)的帶電粒子流向地球襲來的時(shí)候，磁場會(huì)使帶電粒子偏轉(zhuǎn)，并強(qiáng)有力地保護(hù)地球大氣不受太陽風(fēng)的撞擊，使大氣層保持完整。但是太陽系已經(jīng)有45億年的歷史，而且火星比地球要小得多。

行星的大小很重要，因?yàn)檎堑厍虻捏w積讓其核心一直保持熔融狀態(tài)。而火星半徑只有3,390公里或地球的53%，火星只有地球表面積的28%。除此之外，火星的質(zhì)量要低得多，地球大約是火星質(zhì)量的9倍！由于火星的質(zhì)量與表面積之比要比地球小得多，所以火星的冷卻速度比地球要快得多，直到核心冷卻。在某一時(shí)刻，火星曾經(jīng)存在的動(dòng)態(tài)磁場也不復(fù)存在！火星的大氣層就任由太陽風(fēng)的剝削。

被一個(gè)厚重的大氣層和液態(tài)水統(tǒng)治了大約10億年或更久的世界里，火星磁場的消亡意味著這些高能帶電粒子將開始與火星上層大氣中的粒子碰撞，賦予它們足夠的動(dòng)能逃離火星的引力場！在短短的幾百萬年里，火星從一個(gè)充滿有機(jī)物、液態(tài)水和所有構(gòu)成生命元素的世界，變成了今天看到的這個(gè)荒涼、貧瘠、幾乎完全冰凍的世界。

總結(jié)：MAVEN號為了驗(yàn)證假設(shè)前往火星一探究竟

以上就是對火星變成今天這般模樣最主要的假設(shè)。2013年我們向火星發(fā)射了MAVEN探測器（火星大氣與揮發(fā)物演化任務(wù)），目的就是測試這一假說是否正確！

在火星表面我們已經(jīng)派出了著陸器和火星車，包括好奇號、洞察號，它們鉆洞、挖土，傳回照片進(jìn)行分析，并以前所未有的方式探索著火星的地形。但是，如果我們想知道火星表面發(fā)生了什么，那就意味著要了解火星的大氣層發(fā)生了什么，而MAVEN就是通過測量火星大氣層來了解火星大氣的失蹤之謎！

MAVEN經(jīng)過10個(gè)月的旅程，順利到達(dá)火星，并且進(jìn)入了火星的偏心軌道，獲取火星上層大氣數(shù)據(jù)。通過測量今天太陽風(fēng)和大氣粒子從火星逃逸的流量，我們獲得了有關(guān)火星大氣第一批硬數(shù)據(jù)，從而可以推斷火星大氣最初是如何消失的！

更重要的是，火星表面的“好奇號”上的儀器與“MAVEN號”上的儀器類似，因此，當(dāng)MAVEN在上層大氣中測定大氣成分、元素同位素比率以及揮發(fā)性物質(zhì)（如甲烷）的存在和形成時(shí)，“好奇號”可以在火星大氣的底層進(jìn)行同樣的測定。Maven返回的數(shù)據(jù)告訴了我們火星大氣是如何被今天的太陽風(fēng)吹走的！

結(jié)合兩個(gè)任務(wù)的數(shù)據(jù)，關(guān)于火星大氣是如何消失的，更加印證了之前的假設(shè)，也為我們提供了火星大氣逃逸的詳細(xì)細(xì)節(jié)。所以，當(dāng)我們下次在看到這顆寒冷、干燥、紅色的行星時(shí)，要知道火星以前也有是有奔騰的河流，它也曾試圖創(chuàng)造生命，只是命運(yùn)不好！