想象一下我們的太陽系幾十億年以先的樣子。太陽逐漸變暗變冷，而有（至少）兩顆星球——地球和火星，仍有液态的水覆蓋着它們地表的大部分區域。因為它們的大氣中有包括二氧化碳這樣的溫室氣體的大量存在，沒有哪個星球因為太陽的原因完全凍結。甚至這時候兩個星球上早期的海洋已經孕育了原始的生命形式，這些也為兩個星球光明的且有利生物生長的未來鋪好了道路。

在過去的幾十億年中，這兩個星球都經曆了巨變。然而，出于一些原因，地球的地表上，俨然一幅氧氣充沛，溫度适宜，萬物茁壯生長的畫面。而火星依然死寂。火星的海洋消失了，大氣流失了，沒有生命迹象的存在。為什麼火星的生命沉寂而地球生機勃發，這一定是有原因的。花了科學家們大概幾十年，他們最終找到了答案。

在芝加哥菲爾德博物館中，三葉蟲的化石留存在了石灰石裡。所有現存的，且化石化的生物都有着可以追溯到大約35億年前的的一位共同祖先，且過去5.5億年發生的所有事大都保存在了地球沉積岩裡發現的化石記錄中。

地球最驚人的特點之一就是我們世界的曆史都一一為化石所記載。在過去的億萬年間，沉積岩保存了來自陸地海洋的各種化石，各樣的有機體都在化石裡面留下了屬于自己的痕迹。

在沉積岩系中，有約10%是石灰岩，石灰岩常常由像珊瑚、變形蟲、藻類、浮遊生物和軟體動物等一些海洋生物的殘餘物組成，石灰岩的主要成分是碳酸鈣，一些石灰岩中還含有鎂和矽。

盡管在沉積岩層上，白垩紀-古近紀的邊界層是十分明顯的，但它看起來隻是一層薄薄的灰。但正是這層灰的元素組成，才讓我們知道是隕石造成了當時的地球生物大規模滅絕。地球表面幾乎到處都是數百米長的沉積岩，但石灰岩大概隻占了其中的百分之十。

然而，“碳酸鹽”成分普遍存在于地球上的石灰石以及海洋沉積礦物（如富含鎂的白雲石）裡。這是是因為大氣中的二氧化碳促進了碳酸鹽的生成，大氣中的二氧化碳被海洋不停地吸收，直至達到某個平衡點，之後海洋中的二氧化碳就會與海中的礦物（比如鈣，鎂等）相結合，要麼形成晶粒，要麼形成化學沉澱物，然後漂墜海底，促使了沉積岩的形成。

我們可以從生物學和地球化學方面解釋為什麼石灰岩可以遍布地球地表且是地球上數量最多的岩石。人們普遍認為，地球早期大氣中的絕大多數二氧化碳最終都儲存在了地球表層的石灰石中。

季節性結冰的湖泊遍布整個火星，這是火星表面具有水的證據（并不是液體水），這些也是火星過去存在水的證據。

有海量的證據證明火星過去是有水的。季節性凝結的冰塊冰不僅在兩極存在，而且在各種各樣的盆地和隕石坑中也有很多。幹涸的河床通常是如弓般彎曲的，這和地球上的類似——這些痕迹往往貫穿了整片大地。整個火星上遍布了昔日河流入海甚至是曾經潮汐時的痕迹。

這些證據表明可能液态水在火星上曾大量的存在，但如今都不複往日了。反而在如今火星上的大氣是如此的少，以至于純淨無污染的液态水已經絕迹了。此外，火星上的氣壓太低，也不足以使液态的水存在。

在火星上發現，河床出現巨大彎曲的情況隻發生在緩緩流動的河流将要幹涸的最後階段。 這些痕迹不可能是由冰川的流動、侵蝕造成的，隻能是液态水的自由流動留下的痕迹。

甚至在我們用探測器探測火星表面以先，火星上有水存在的證據就有很多了。而當我們認真探索火星表面時，證據就變得過多以至于無法被人們所忽視。火星上的機遇号發現了幾乎完全密封的赤鐵礦球體，特别是一些看起來是互相連接起來的球體，隻有在液态的水存在的情況下這種物質才可能形成。

自從在火星發現了與地球大氣類似的飽含二氧化碳的大氣，人們就猜測火星表面存在石灰岩和其他含碳的岩石。但北歐海盜号、旅居者、勇氣号、機遇号火星探測器并沒有發現這些岩石。

機遇号探測器在火星上發現了赤鐵礦球體。雖然有形成這類物質的理論，但這些理論并不一定會涉及到液态水，甚至在理論上也沒有已知的理論可以讓它們在無液态水的情況下就熔合在一起（就像發現的那樣）。（美國國家航空航天局，噴氣推進實驗室，康奈爾大學，美國地質勘探局）

直到鳳凰号火星登錄器到達火星時才發現了一些碳酸鈣産物，甚至是少量的碳氫化合物：可能是蒸發水體的最後階段産生的。 火星上沒有任何的岩類和地球上數百米（甚至超過一公裡）的碳酸鹽岩相類似。

這讓這讓研究火星的科學家們感到非常的困惑，在大概20年前，人們普遍認為火星就像地球一樣失去二氧化碳，流入了海洋并沉積成為碳酸鹽岩。但事實上并非如此，除了碳酸鹽岩，他們還發現了另一種同樣令人驚訝的事物:富含硫的礦物質。特别是機遇号發現的黃鉀鐵礬徹底改變了人們之前的看法。

維多利亞火山邊緣有很多像聖文森特角這樣有着特别顔色的海角。在這些地方地面上的分層為火星的證實了火星的沉積岩曆史，也意味着過去液态水是存在的。機遇号發現的礦物質鐵礬改變了人們對火星地質進程的認知。（美國航天局/噴氣推進實驗所/科内爾）

鐵礬的出現使科學家得以在地球描繪出一個完全不同于以往的火星。在地球上，海洋是呈PH中性的，這非常有利于碳酸鹽岩的沉積。縱然在飽含二氧化碳的環境下，碳酸依舊會使環境的PH值達到一個很适宜碳酸鹽沉積的數值。這也是地球表面滿是石灰岩和白雲石岩的原因。但在火星上，硫磺卻戲劇性的改變了整個演變的過程。如果早期的火星大氣中不僅富含二氧化碳而且有很多二氧化硫，那麼火星的地表水不僅會受到碳酸的影響更會受到硫酸的作用（硫酸是化合物中最強的酸）。如果海洋含酸量過高，那麼火星上就不會有類似地球的一系列演變： 把碳酸鹽從陸地上吸進海洋，留下富含硫的沉積物。

佩森嶺，如圖所示，是機遇号在火星發現的一處特别的地貌特征，至今人們仍舊無法解釋它的來源。很多在火星發現的類似的岩石沉澱物中含有硫，而含有碳的比較少。對人類而言，這也是很多年來火星地表的未解之謎之一。（美國航天局/噴氣推進實驗所/科内爾）

這也解釋了火星海洋和火星地表的化學機制，但這也意味着我們需要一個完全不同的機制去解釋火星大氣的去向。因為地球大部分的地球大氣都流入了地球本身，而這種解釋根本不能适用于火星。

也許火星的大氣層沒有“下降”，而是“上升”，進入了太空深處。

也許火星就像地球一樣，曾經有磁場保護它免受太陽風的侵襲。但是，火星直徑隻有地球的一半，且地核密度更低、體積更小，也許火星的溫度足夠低時會使它的磁場消失。也許這是一個轉折點：沒有了保護它的磁場，就沒有任何東西可以保護它的大氣層免受太陽粒子的沖擊。

太陽風以螺旋狀輻射的形式從太陽出發，使太陽系中的每個星球都暴露在大氣層為之剝奪的危險之中。如今地球的磁場依然保護我們的星球免受這些高能粒子的沖擊，而這是火星所沒有的，甚至現如今火星的大氣仍在不停地流失。

這是對的嗎？火星真的是這樣失去了它的大氣層，使地表的水不能再以液态的形式存在，并使它變得寒冷、荒涼和貧瘠嗎？

這是美國航天局專家号航天任務背後的主要目的。專家号航天任務的目标是測量如今火星大氣被剝離的比例，并以此推算各個時期火星大氣的比例。太陽風的能量是巨大的，但是像二氧化碳這樣的分子有很高的分子量，這意味着很難讓它們達到逃逸速度。磁場的喪失與太陽風的耦合能否提供一種可行的機制，将火星從一個表面有液态水的大氣充裕的世界轉變為我們今天所知道的荒涼貧瘠火星？

在沒有有效磁場保護的情況下，太陽風不斷地襲擊火星的大氣層，導緻大氣層一部分粒子和大氣層本身被沖走。 如果我們今天把火星注入類似地球的大氣層，那麼太陽風依然可以用幾千萬年把火星的大氣吹回現在的密度。

專家号測量到，火星平均每秒就要失去每100g（1/4磅）的大氣。在燃燒事件裡，太陽風會變得比正常時強烈得多，這個增幅大約是平時的20倍。然而，若星球的大氣密度越大，相同強度的太陽風會越快地把它沖入太空。

不受太陽風的任何保護的情況下，1億年時間尺度就足以改變一個火星大小的世界，将像地球這樣的大氣層轉變為像是如今火星上的大氣層。在經曆了大約十億年的液态水在火星表面肆意流動的日子後，一小段宇宙中的時間就足以把太陽風将火星适宜生命居住的前景摧毀掉。

火星和地球早期的大氣層都是厚重，巨大且飽含二氧化碳的。地球的二氧化碳被海洋所吸收，并為碳酸鹽岩鎖在内部。因為火星的海水中富含硫元素，所以它并不能走上和地球同樣的道路。漫遊者和登陸者探索到的地質地貌也和此有關，并也指向了另一個原因——太陽風，是神秘失蹤火星大氣的罪魁禍首。

多虧于專家号的航空任務，我們得以證實這個事件的真實性和了解它的過程。四十多億以先，火星的地核變得不再活躍，它的磁場消失，太陽風開始将火星的大氣裹挾着湧向太空。因為地球的磁場相對而言完璧無瑕，我們的星球将在不可預知的未來裡仍舊保持蔚藍且生機勃發。但在一個較小的跟火星一樣的世界裡，它們的時間早已走到了盡頭。在最後我們也知道了原因。

作者: medium

FY: 張晚知

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