本來有機會成為第二個地球,火星到底是怎麼死的?

2020-08-16 老粥科普

火星死了!

如果你向天文學家打聽火星的事兒,他多半會告訴你,那是一顆死了的行星。即便有一些偶然監測到的火星地震,那也頂多表示它還沒完全死透,但決不會有迴光返照,或者重獲新生的可能。

一直都有人希望登上火星,去改造它,將其變成第二顆地球,成為人類新的殖民地。如果你讀了本文,或許會改變看法。

火星死了

曾經的「伊甸園」

火星是距離地球第二近的行星,金星更近些。金星環境太惡劣,大氣層稠密厚重並且有毒,它表面的溫度能溶化鉛,所以人類發射上去的探測器很快「陣亡」,我們對金星了解的並不多。

相比於金星煉獄一般的環境,火星顯得友好許多。數十年來世界各國向火星發射了幾十顆探測器,並且已經有好幾個探測器成功在火星表面著陸,這也加深了我們對火星的了解。

火星是顆荒蕪的星球,到處是嶙峋裸露的巖石、赤色的沙漠,霾把大氣染成紅色,使本就微弱的陽光更加無力。但種種跡象表明火星曾經擁有廣闊的海洋、奔騰的河流,火星上曾經有水和豐富的氧氣。有科學家甚至大膽地設想,火星曾經會不會是一個生命繁盛的伊甸園?

科學家設想火星以前的樣子

紅色荒漠

今天的火星寒冷乾燥,它的平均地表溫度僅有-63℃,比地球南極最冷的時候還要冷;與火星地表相比,塔克拉瑪幹沙漠和撒哈拉沙漠簡直就是溫潤的綠洲。

在地球的實驗室裡,如果你將一個容器抽走99.4%的空氣,那會是很棒的真空。知道嗎,這就是火星的大氣壓力。即使在如此稀薄的火星大氣裡有96%都是二氧化碳,氧氣只佔0.174%的體積。

你能想像脫掉加壓太空衣站在火星表面的情景嗎?你絕不只是不能呼吸,你的軀體會急劇膨脹,血液沸騰,血管像氣球一樣爆裂開來。要不了一分鐘,人就徹底掛了。

即便是有太空衣的保護,我們也無法長時間暴露在火星表面。強烈的宇宙射線會破壞脆弱的細胞和神經系統,人最終因輻射病死去。為了確保安全,你需要躲進至少2.7米深的地下洞穴,像鼴鼠一樣地生活。

人類為了保命,只能選擇躲進火星洞穴裡

火星為什麼會變成這樣?

如果一定要找出「兇手」,那麼太陽和木星嫌疑最大。當然,火星自己太弱小,也是造成它死亡的重要原因。

火星不大,它的直徑大約是地球的一半,密度也低,質量僅有地球的11%。

與小巧的身形相比,火星有一顆大到不相稱的固體金屬內核。火星直徑大約是6780公裡,其內核的直徑就達3600公裡,佔比達53%。而地球的固體內核與直徑比只有不到20%。

火星擁有巨大內核的一種解釋是,在大約35~40億年前,火星曾經遭遇過幾次劇烈的碰撞。今天火星的地形印證了這種判斷。由於木星引力的擾動,原本遊蕩於小行星帶的一些巨大天體進入火星軌道並正面撞擊它。強烈的撞擊力將入侵者的金屬內核塞進火星內部,同時剝離掉相當多表層物質。

火星史前大撞擊

在遭受撞擊之後,火星的地質活動變得更加活躍,強大的撞擊能量加上炙熱內核釋放的熱量穿過地幔,在火星地面製造出許多巨大火山。火山加熱海洋令海水蒸發,硫和二氧化碳的釋放使剩下的海水變得更酸。

頻繁的火山噴髮帶來的另一個問題,就是火星內部的熱量散失,這使得其內核過快冷卻凝固。幾億年之間,火山停止噴發,磁場越來越弱,最後完全消失。

地球之所以保持了磁場,一個重要原因是在內地核與地幔之間還有一層由熔融鐵水構成的外地核。正是由於這一層鋼鐵海洋的存在,內地核的熱能在其中形成對流,並且內地核與地幔之間存在旋轉的角速度差使地球產生了強大的磁場。

地球磁場因為內核相對運動而保持

失去磁場保護,火星赤裸裸地面對太陽風衝擊。

太陽風是熾熱太陽表面形成的帶電粒子流,它主要由帶正電的質子、α粒子和自由電子組成,隨著太陽表面物質的噴發,太陽風以300公裡/秒~750公裡/秒的高速向外吹。由於太陽風帶電,因此當它遭遇到磁場時會改變方向。地球正是因為有強大的磁場才保護了人類和萬物的生存。

由於失去了磁場,太陽風可以毫無阻擋地掃蕩火星的大氣層。帶電粒子撞擊並分解大氣中的水分子,將其變成氫原子和氧原子,氧與火山噴射出來的鐵結合成為紅色的氧化鐵,而氫氣和其它的氣體分子則被太陽風吹離火星。二氧化碳相對比較重,又不容易被分解,因此有一部分二氧化碳氣體得以倖存。

磁場保護地球大氣,火星只能裸奔

總結:

三十五億年前,火星曾擁有與當時地球類似的環境:有江河海洋,有大氣,有磁場,甚至可能還有十分原始的生命形態。

與地球不同的是,火星太小了,它沒有足夠的引力來束縛大氣層,並且它距離木星和破碎的小行星帶太近。強大的天體撞擊加熱火星的內核,頻發的火山運動又迅速帶走其核心的熱量,隨著星核的凝固,磁場消失,火星一步步地走向死亡。

太陽風數十億年間不停地分解火星地表的水分子,並將火星大氣一點一點地吹向太空。正是太陽風造成了火星今天的樣子:一顆寒冷孤寂的死亡星球。

改造火星,不如保護地球

改造火星在可預見的未來都不過是人類一個瘋狂的幻想而已。我們更應該做的,是從今天開始就愛護好地球,保護好人類這個唯一的伊甸園,不讓它變為下一個火星。

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