「孿生」地球的悲慘命運：為什麼火星最終淪為一顆紅色死星

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想像一下幾十億年前的太陽系。當時的太陽溫度和亮度遠不及現在，但至少兩顆行星（地球和火星）的大部分地表被液態水覆蓋。由於大量溫室氣體的存在，無論是地球還是火星都沒有完全凍結。它們的年輕海洋都可能孕育出原始生命，為生物友好型未來鋪平道路。過去幾十億年，兩顆行星都發生了翻天覆地的變化：火星淪為一顆紅色的死星，地球則是一番生機勃勃的景象。為什麼會這樣？

過去幾十億年，火星和地球都發生了翻天覆地的變化。出於某些原因，地球成為一顆溫度適中且富含氧氣的星球，孕育出五彩斑斕的生命，火星則淪為一顆死星。火星的海洋消失蹤影，失去了大氣層，同時沒有發現任何生命跡象。火星為什麼走向死亡，而地球卻是一番生機勃勃的景象？圍繞這個問題，科學家進行了數十年研究，最終找到答案。

地球的一個最引人注目的特徵是，生命的演化史被寫進化石記錄。在數億年的歲月變遷中，無數生物在陸地和海洋的沉積層留下各種印記，幫助科學家了解地球生命的起源和演化。在地球的所有沉積岩中，石灰岩的比例在10%左右。這種沉積層中經常發現海洋生物的遺迹，例如珊瑚、變形蟲、海藻、浮游生物和軟體動物。石灰岩主要由碳酸鈣構成，某些石灰岩還存在鎂和硅。

碳酸鹽普遍存在於地球的石灰岩以及富鎂白雲石等海洋沉積礦物。大氣中的二氧化碳導致了碳酸鹽岩的形成。地球上的石灰岩還有生物學和地球化學源頭，讓它們成為地球表面最為豐富的岩石之一。科學家普遍認為早期地球的二氧化碳，大部分最終進入地表石灰岩。

大量證據證明火星曾是一個水世界，不僅兩極存在季節性冰，地表的一系列盆地和隕坑也有水冰的存在。類似干河床的地貌特徵（通常呈U字形，與地球上的河床類似）遍布火星。此外，科學家還在火星上發現大量證據，證明遠古水流導致了巨大海洋盆地的形成，甚至還出現了潮汐韻律層。

雖然這些地貌揭示了古代火星曾出現液態水，但當前的火星卻是另一番景象。現在的火星幾乎沒有大氣層，絕大多數地區不可能存在無污染的純凈液態水，地表的壓力也不足以形成液態水。

在向火星派遣探測車前，科學家就發現了強有力的證據，證明火星曾是一個水世界。隨著對火星表面展開勘測，這樣的證據像雨水春筍般不斷出現。「機遇」號火星車發現了赤鐵礦球，某些球似乎彼此相連。如果不是液態水，我們很難給出一個合理的解釋。

火星一度擁有與地球類似的富含二氧化碳的大氣層。因此，科學家認為會在火星上發現石灰岩或者其它碳酸鹽岩。但無論是「海盜」號登陸器還是「旅居者」號、「勇氣」號和「機遇」號火星車，都沒有發現這些岩石的蹤跡。

直到「鳳凰」號著陸器登陸火星，我們才在這顆星球發現碳酸鈣，但數量仍少的可憐。這些碳酸鈣可能是不斷蒸發的水體在最後階段的產物。地球上的碳酸鹽岩深度達到數百米，某些區域甚至超過1000米，火星上則沒有這樣的特徵。

這是困擾科學家的一大謎團。20年前，科學家普遍認為火星失去二氧化碳的方式與地球相同，即被海洋吸收，而後被禁錮在碳酸鹽岩中。但火星車的發現推翻了這種假設。它們不僅沒有發現碳酸鹽，反而發現了更令人吃驚的東西——富硫礦。「機遇」號發現的黃鉀鐵礬完全改變了火星研究。

這些發現讓科學家描繪出一幅與地球截然不同的火星圖畫。在地球上，海洋的PH值基本呈中性，非常有利於碳酸鹽岩的沉澱析出。即使在富含二氧化碳的環境，碳酸仍能導致較高的PH值，足以讓碳酸鹽析出，進而讓石灰岩和白雲石遍布地球的每一個角落。

但硫卻讓整個故事發生戲劇性變化。如果早期火星的大氣層不僅富含二氧化碳，同時還含有大量二氧化硫，地表水不僅受到碳酸的影響，同時還受到硫酸的影響。如果海洋擁有足夠的酸性，便會產生與地球相反的反應，即陸地的碳酸鹽被吸入海洋，留下富含硫的沉積物。

這能夠解釋火星的海洋和地表化學特徵，但這同時也意味著科學家需要找到一個完全不同的機制，解釋火星大氣層的最終歸宿。一些科學家指出火星大氣可能逃逸到深空。

曾經的火星可能與地球非常相似，也擁有磁場，保護它免遭太陽風侵襲。不過，火星的直徑只有地球的一半，地核的密度和個頭也不及地球。隨著火星的冷卻，一度活躍的磁場發電機陷入沉寂。這可能是火星命運的一個轉折點。失去了防護性磁盾，沒有任何東西能夠保護火星大氣層免遭太陽風粒子的屠戮。

「機遇」號發現的佩森脊（Payson Ridge），如何形成仍是一個不解之謎

這種假設是否成立？火星是否以這種方式失去大氣層，進而剝奪火星支持地表液態水存在的能力，淪為一片冰冷的荒漠？美國宇航局的MAVEN任務希望找到這個問題的答案。MAVEN任務的目標是測算太陽風剝離當前火星大氣層的速度，進而推算火星歷史上的大氣層損耗速度。

太陽風雖然威力巨大，但二氧化碳等分子擁有很大的重量，很難將它們加速到逃逸速度。磁場的消失和太陽風襲擊「雙管齊下」是否能形成一種可行的機制，讓火星從一個富含大氣和地表液態水的世界淪為現在的荒蕪之地？

磁場保護地球免遭太陽風侵襲，火星沒有磁場，大氣層不斷被太陽風剝離

根據MAVEN任務的研究，平均每秒有100克火星大氣逃逸到太空。發生耀斑時，太陽風的強度超過正常水平，導致逃逸的大氣數量增至20倍。如果大氣層更為緻密，同等強度的太陽風能夠以更快的速度剝離大氣。

在沒有磁場抵禦太陽風的情況下，只需1億年就能讓一顆火星級星球的大氣層損耗殆盡。在火星的歷史上，可能有長達10億年時間，地表存在大量自由流淌的液態水。但隨著火星環境發生劇烈變化，這顆原來擁有適居性的星球最終淪為荒漠。

火星和地球的早期大氣層都含有大量二氧化碳。地球的二氧化碳被海洋吸收，禁錮在碳酸鹽岩中。由於海水酸性過高，火星無法做到這一點。二氧化硫的存在導致火星海洋富含硫酸。硫酸導致了火星車和著陸器發現的火星地貌特徵。太陽風則是火星大氣層消失的罪魁禍首。

在MAVEN任務的幫助下，科學家描繪出火星的悲催歷史。40億年前，火星的地核陷入沉寂，磁場消失，導致太陽風不斷剝離火星大氣層。由於磁場的保護，地球得以披上一件藍色的外衣，在可預見的未來仍舊是一片生機勃勃的景象。但對於火星這樣的小個子行星，它們的生命在很久以前就已經終結。

來源：漫步宇宙

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