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“火星曾经有潮湿的空气和肥沃的土地，但现在空气干燥、寒冷、毫无生气。所以我想知道火星发生了什么，这样我们就可以防止在地球上犯同样的错误。”————尼尔·德格拉斯·泰森

可以肯定的是，火星上曾经发生过重大事故。如今，在这片红色的荒漠大地上，除了被风吹过的尘土之外，没有一丝生机！看到火星的出现，不免让我们想起地球的未来。今天我们就来说说我们的红色邻居的故事，以及它为什么会变成今天这个样子？

小时候，火星也是充满活力的

我们平时看到的火星照片太多了，以至于现在提起火星，第一个想到的就是那片红色的土地，沙漠般的天地间，巨坑冲击，高山峡谷巍峨。但是火星以前不是这样的，它曾经和地球一样充满液态水。即使在今天，我们也能在火星表面找到河流的线索。火星轨道器的鸟瞰图显示了干涸的河床，以及河流留下的U形山谷！

上图左边可以看到火星表面。由于河流冲刷留下的河床，图片中可以看到火星的极地冰盖和稀薄的大气云。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，所有这些都表明水曾经在火星表面自由流动。

但是火星表面的水现在已经消失了，这个时间已经超过10亿年了。今天的火星上几乎不可能存在液态水！因为像所有物质一样，水以固体、液体或气体的形式存在，这三者都取决于周围环境的压力和温度。水的三相在地球上都很常见，但在一定的压力阈值以下，即在水的三相点，水只能以两相存在，即固相和气相。

然而，火星上的平均大气压仅为地球的0.6%，处于或低于水的三相点，这使得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双胞胎。没有今天那么大的区别。

地球在婴儿时期与今天不同。大气中最常见的气体是水、氨、甲烷和氢气，它们都能很好地吸收热量。虽然当时的太阳只有今天的80%明亮，但由于这些温室气体的作用，地球表面仍然存在着广阔的海洋和液态水。此外，小行星和彗星撞击比今天更常见，形成生命所需的所有有机物质都可用。据我们所知，除了火星比地球小，离太阳远一些外，当时应该和地球差不多。

火星与地球分道扬镳，火星上发生了什么？

在地球和火星诞生后的最初几亿年里，地球上的生命发展得比较快，这得益于地球相对稳定的环境。而火星也在这段时间孕育着自己的生命，只是火星没有地球幸运。在某个时候，也许在出生后十亿年或二十亿年，那些曾经与地球相似的条件，那些有利于生命存在的条件发生了巨大的变化。严格来说，我们真的不能说火星到底发生了什么，但根据我们目前掌握的证据和理论，我们也提出了一些似是而非的假设。

太阳其实是一个危险暴虐的天体。除了每天给我们送去光和热之外，它还会源源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块冰冷的岩石，这种粒子流（太阳风）会在很短的时间内吹走地球的大气层。其实这个过程是这样的。当高能粒子与大气发生碰撞时，它们会将自身的动能传递给大气粒子，获得足够能量的大气粒子就会逃离地球的引力场！

那么地球还有厚厚的大气层，主要原因是我们地球的地核其实是一个强大的磁场发生器。当地球自转时，熔融的外核和固体内核相互作用，形成一个贯穿地球的磁场。

以前我们认为磁场只存在于地球表面附近，使指南针偏转帮助航海，但实际上地球的磁场延伸到遥远的太空！当太阳风的带电粒子流撞击地球时，磁场会使带电粒子发生偏转，从而有力地保护地球大气层免受太阳风的影响，从而保持大气层完好无损。但太阳系已有45亿年历史，而火星比地球小得多。

行星的大小很重要，因为正是地球的大小使其核心保持熔融状态。火星的半径只有3390公里，是地球的53%，火星的表面积只有地球的28%。最重要的是，火星的质量要低得多，地球的质量大约是火星的9倍！由于火星的质量与表面积之比比地球小得多，因此在其核心冷却之前，火星的冷却速度比地球快得多。不知何时，火星上曾经存在的动态磁场也不复存在了！火星的大气层留给太阳风利用。

在一个由厚大气层和液态水统治了大约十亿年或更长时间的世界中，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，从而为它们提供足够的动能能量逃离火星引力场！在短短几百万年的时间里，火星从一个充满有机物、液态水和所有生命基石的世界，变成了我们今天看到的荒凉、贫瘠、几乎完全冰冻的世界。

总结：为了验证假设，MAVEN前往火星一探究竟。

以上是关于火星今天的样子的最重要的假设。我们在2013年向火星发射了MAVEN探测器（MarsAtmosphereandVolatileEvolutionMission）来检验这个假设是否正确！

在火星表面，我们派出包括好奇号和洞察号在内的着陆器和火星车，以前所未有的方式钻孔、挖土、发回照片分析，探索火星地形。但是，要想知道火星表面发生了什么，就意味着要了解火星大气层发生了什么，而MAVEN就是通过测量火星大气层来了解火星大气层缺失的奥秘！

MAVEN历经10个月的旅程，成功抵达火星，进入火星偏心轨道，获取火星高层大气数据。通过测量今天从火星逃逸的太阳风和大气粒子流，我们获得了火星大气层的第一个硬数据，让我们可以推断出火星大气层最初是如何消失的！

更重要的是，好奇号在火星表面的仪器与MAVEN上的类似，所以当MAVEN测量大气成分、元素同位素比值、挥发性物质（如甲烷）时，好奇号可以在较低的地方做同样的事情火星大气层。Maven返回的数据告诉我们火星大气层是如何被今天的太阳风吹走的！

结合两次任务的数据，火星大气层是如何消失的，进一步证实了之前的假设，也为我们提供了火星大气层逃逸的详细细节。所以，下次我们再看这颗寒冷、干燥、红色的星球时，就知道火星曾经有湍急的河流，它试图创造生命，但运气不佳！

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