从“水星”到“死星”,什么让火星红了脸?

作为地球的近邻,火星一直是被认为是人类向太空进军移民的第一站。

今年,美国开启了“2020年火星探索计划”,计划向火星发射科技最先进的“毅力号”火星车,其科学目标是寻找古老的微生物生命的迹象,记录火星的地质和气候,精心挑选收集岩石和沉积物样品送回地球,为人类探索地外行星铺平道路。我国今年也计划发射“天问”系列探测器,加入进军火星的队伍。

火星,作为地球的孪生兄弟,它与地球有许多相同的特征。在太阳系形成之初,围绕太阳运动的的尘埃、陨石互相吸引,相互碰撞,越来越少,也越来越大,于是就形成各大行星与小行星。在离太阳不近也不远的适宜位置,形成火星和地球。

大量的证据表明,火星在形成之后和现在的地球一样,被海洋覆盖,然而经过几十亿年演化,为什么地球成了一颗生机盎然的什么星球,而火星成了一个没有任何生命,荒芜死寂的世界呢?

在宇宙中水从来不是什么珍贵的物质。按照膨胀理论,宇宙形成之初,只存在无数的电子和质子,这些质子和电子互相碰撞、结合,首先出现质量较小的氢、氦、锂、铍等元素,这些小质量的元素,进一步聚变形成更重的元素,比如氢元素聚变形成氦,氦聚变形成碳、氧等元素,碳、氧聚变形成钠镁铝硅之类的元素……而水,则是由氢氧两种质量较低的元素构成的,至少从化学元素的角度,水在宇宙中根本就不是一个稀罕的东西。最常见的彗星就是由凝结成冰的水、二氧化碳、氨和尘埃微粒混杂组成的"脏雪球"!除此之外,太阳系中,木卫二、木卫三、木卫四、土卫一、土卫二、海卫一等等,已经被部分证实或者疑似存在海洋,所以火星上出现水也不是什么奇怪的事。

探测器传回来的火星遥感影像及地表照片显示,火星上存在大量的河谷、河网、峡谷、湖泊等与地球上的水流地貌非常相似的古地貌,这意味着火星曾经存在水循环,并且需要大量的开放水体或海洋来促进这种活跃的循环。不久前,“好奇号”火星车传回来一组砂岩照片,进一步锤实了火星上水循环这一事实。作为一种沉积岩,层状的砂岩只能在水动力环境下沉积形成。

所以,早期的火星与我们在地球上的情况相似,那里也有海洋、湖泊、河流和降雨,曾经火星上某些河流的水流量甚至可能是地球上亚马逊河水流量的10倍。即使到现在,火星地表看似一片荒芜,但是在某些地方残留有一些水分,尤其是在火星的南北两极。与地球类似,火星两极温度极低,所以保留有大量的冰。不过由于火星比地球温度低得多,这些冰是水冰和二氧化碳干冰的混合物。

科学家们推测,大约在41亿年前火星上的水就开始出现。到大约37亿年前,水量达到顶峰。但是到大约30亿年前,火星上的水分逐渐减少,逐渐成为如今我们看到的荒芜模样。按照地球进化的历程可以推测出,火星没有进化出高级生物,更不用说火星人了,但是单细胞的简单生命有可能存在。

那么,火星水为何消失了呢?

一切都将逝去,唯有死神永生。每颗星星都有生死轮回,无法避免。恒星燃尽自己的燃料之后变成红矮星,不再发光发热。行星内部的放射性物质消耗殆尽之后,也就不会产生能量,随之而来的就是内部逐渐冷却凝固,岩浆不再活动。

相比地球,火星要小很多,它只有地球体积的38%,这意味着它冷却的速度要比地球快很多。大约31亿年前开始,火星内部逐渐冷却凝固,岩浆活动越来越弱。而岩浆活动与磁场的产生息息相关,凝固的火星内部无法产生固定的磁场,这些磁场本来像护盾一样保护着火星的大气,在它消失后,来自于太阳的电离物质,不断刮走火星上的大气和水分。另一方面火星因为其个头太小,引力也小,过小的引力无法束缚水和大气,大量的水和大气向外逃逸跑到了太空中。

除此之外,逐渐消失的大气层导致了火星无法保湿,造成火星气候处于一个干燥的环境中,而这种环境很容易促进氧化作用发生。例如,在比较干燥的侏罗纪、白垩纪时代,我国西南地区形成了大量红色的沉积岩,地质学家将其称为“红层”,这些红层就是因为铁离子的氧化形成的。

相比地球,火星地表的岩石含有更多的铁元素。火星外壳岩石中的铁元素与水发生氧化反应,形成呈红色的三价铁离子,将水锁在火星表层,科研人员估计火星上的岩石锁住的水分要比地球上的岩石多25%。这个过程加剧火星表面水的消耗,数十亿年之后,火星表面变得荒芜一片。同时也造成整个火星地表呈现红色,再加上火星在天空中运动有时从西向东,有时又从东向西,行踪不定,犹如“荧荧火光,离离乱惑”故被中国古人称为“荧惑星”。

今日的火星,明日的地球。在火星从蓝色海洋覆盖的“水星”,到荒芜的“死星”的演化历程之中,我们不仅可以窥见地球的未来,而且如果能在火星上找到生命存在过的证据,那么人类将在瀚海的宇宙中不再孤独,外星人之迷也不再是传闻,生命、甚至文明很可能在人类未涉足的群星里遍布。

无论无何,火星将是人类星辰大海航图上的前哨。

——完——

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