從「水星」到「死星」,什麼讓火星紅了臉?

2020-12-16 寒武紀科學館

作為地球的近鄰,火星一直是被認為是人類向太空進軍移民的第一站。

火星

今年,美國開啟了「2020年火星探索計劃」,計劃向火星發射科技最先進的「毅力號」火星車,其科學目標是尋找古老的微生物生命的跡象,記錄火星的地質和氣候,精心挑選收集巖石和沉積物樣品送回地球,為人類探索地外行星鋪平道路。我國今年也計劃發射「天問」系列探測器,加入進軍火星的隊伍。

火星車

火星,作為地球的孿生兄弟,它與地球有許多相同的特徵。在太陽系形成之初,圍繞太陽運動的的塵埃、隕石互相吸引,相互碰撞,越來越少,也越來越大,於是就形成各大行星與小行星。在離太陽不近也不遠的適宜位置,形成火星和地球。

太陽系形成

大量的證據表明,火星在形成之後和現在的地球一樣,被海洋覆蓋,然而經過幾十億年演化,為什麼地球成了一顆生機盎然的什麼星球,而火星成了一個沒有任何生命,荒蕪死寂的世界呢?

在宇宙中水從來不是什麼珍貴的物質。按照膨脹理論,宇宙形成之初,只存在無數的電子和質子,這些質子和電子互相碰撞、結合,首先出現質量較小的氫、氦、鋰、鈹等元素,這些小質量的元素,進一步聚變形成更重的元素,比如氫元素聚變形成氦,氦聚變形成碳、氧等元素,碳、氧聚變形成鈉鎂鋁矽之類的元素……而水,則是由氫氧兩種質量較低的元素構成的,至少從化學元素的角度,水在宇宙中根本就不是一個稀罕的東西。最常見的彗星就是由凝結成冰的水、二氧化碳、氨和塵埃微粒混雜組成的"髒雪球"!除此之外,太陽系中,木衛二、木衛三、木衛四、土衛一、土衛二、海衛一等等,已經被部分證實或者疑似存在海洋,所以火星上出現水也不是什麼奇怪的事。

還原後的火星

探測器傳回來的火星遙感影像及地表照片顯示,火星上存在大量的河谷、河網、峽谷、湖泊等與地球上的水流地貌非常相似的古地貌,這意味著火星曾經存在水循環,並且需要大量的開放水體或海洋來促進這種活躍的循環。不久前,「好奇號」火星車傳回來一組砂巖照片,進一步錘實了火星上水循環這一事實。作為一種沉積巖,層狀的砂巖只能在水動力環境下沉積形成。

火星砂巖

所以,早期的火星與我們在地球上的情況相似,那裡也有海洋、湖泊、河流和降雨,曾經火星上某些河流的水流量甚至可能是地球上亞馬遜河水流量的10倍。即使到現在,火星地表看似一片荒蕪,但是在某些地方殘留有一些水分,尤其是在火星的南北兩極。與地球類似,火星兩極溫度極低,所以保留有大量的冰。不過由於火星比地球溫度低得多,這些冰是水冰和二氧化碳乾冰的混合物。

火星古河道

科學家們推測,大約在41億年前火星上的水就開始出現。到大約37億年前,水量達到頂峰。但是到大約30億年前,火星上的水分逐漸減少,逐漸成為如今我們看到的荒蕪模樣。按照地球進化的歷程可以推測出,火星沒有進化出高級生物,更不用說火星人了,但是單細胞的簡單生命有可能存在。

火星北極冰蓋

那麼,火星水為何消失了呢?

一切都將逝去,唯有死神永生。每顆星星都有生死輪迴,無法避免。恆星燃儘自己的燃料之後變成紅矮星,不再發光發熱。行星內部的放射性物質消耗殆盡之後,也就不會產生能量,隨之而來的就是內部逐漸冷卻凝固,巖漿不再活動。

地球、火星

相比地球,火星要小很多,它只有地球體積的38%,這意味著它冷卻的速度要比地球快很多。大約31億年前開始,火星內部逐漸冷卻凝固,巖漿活動越來越弱。而巖漿活動有磁場的產生息息相關,凝固的火星內部無法產生固定的磁場,這些磁場本來像護盾一樣保護著火星的大氣,在它消失後,來自於太陽的電離物質,不斷颳走火星上的大氣和水分。另一方面火星因為其個頭太小,引力也小,過小的引力無法束縛水和大氣,大量的水和大氣向外逃逸跑到了太空中。

地球巖漿循環

除此之外,逐漸消失的大氣層導致了火星無法保溼,造成火星氣候處於一個乾燥的環境中,而這種環境很容易促進氧化作用發生。例如,在比較乾燥的侏羅紀、白堊紀時代,我國西南地區形成了大量紅色的沉積巖,地質學家將其稱為「紅層」,這些紅層就是因為鐵離子的氧化形成的。

相比地球,火星地表的巖石含有更多的鐵元素。火星外殼巖石中的鐵元素與水發生氧化反應,形成呈紅色的三價鐵離子,將水鎖在火星表層,科研人員估計火星上的巖石鎖住的水分要比地球上的巖石多25%。這個過程加劇火星表面水的消耗,數十億年之後,火星表面變得荒蕪一片。同時也造成整個火星地表呈現紅色,再加上火星在天空中運動有時從西向東,有時又從東向西,行蹤不定,猶如「熒熒火光,離離亂惑」故被中國古人稱為「熒惑星」。

火星表面

今日的火星,明日的地球。在火星從藍色海洋覆蓋的「水星」,到荒蕪的「死星」的演化歷程之中,我們不僅可以窺見地球的未來,而且如果能在火星上找到生命存在過的證據,那麼人類將在瀚海的宇宙中不再孤獨,外星人之謎也不再是傳聞,生命、甚至文明很可能在人類未涉足的群星裡遍布。

無論無何,火星都將是人類星辰大海航圖上的前哨。

全文完

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