為什麼火星磁場消失40億年了,而地球的磁場還完好無損?

太陽風會不停地侵蝕行星大氣層

火星和地球都是位於太陽系中的類地行星，它們都會受到母恆星太陽的引力作用和其他威脅。比如，太陽通過最外層位置日冕的極高溫度，獲取到了足以避免自身引力朝著星際空間發生膨脹的氣體動能，於是，可對系內行星帶來不同影響程度的太陽風就形成了。

從本質上來講，太陽風的主要成分是看似不起眼的電子和質子，而移動狀態下，這些微粒的自然密度也很低，每立方釐米存在的粒子數量大約只有幾個到幾十個的樣子。但是，一般人可能難以想像，太陽風在地球軌道周圍的移動速度都高達200到900千米/秒。

即便我們的地球擁有相對更強大的保護性磁場，也難以在一場超強太陽風暴中不受到任何影響，又何況是早已消失全球性保護磁場的火星。那麼，同樣是太陽系內的類地行星，為什麼地球磁場在46億年之後依然穩定運行，而火星磁場卻已消失數十億年？而火星和地球在磁力線上的分布特徵不同，又對行星大氣逸散的速度造成了怎樣的影響？

行星磁力線的分布特徵-火星的微弱感應磁層，不同於地球的發電機磁層

太陽系內各行星的磁場強度並不相同：

磁場是諸多星體擁有的共性特徵，比如我們的母恆星太陽，以及同為太陽系八大行星的木星，而木星磁場的強度更是達到地球的20到40倍左右。關於地球磁場的形成原因至今尚無定論，但其中被更多人認可的理論，便是電荷運動形成的電流導致了地球磁場的產生，也就是所謂的發電機磁層。

火星全球性磁場的消失導致大氣逸散程度加劇：

雖然已有諸多證據表明，曾經的火星大氣比現在濃厚，而當時星球上的氣氛也比現在溫暖的多。但是，火星目前如此稀薄的大氣層，並不能維持水的正常狀態。而這一切變化，都是因為火星失去了自己的全球性保護性磁層，以至於太陽風在火星上來去自由的剝奪了自己的大氣層。

原本，火星也擁有一個由鎳和鐵水旋轉對流形成的團塊，但這個能夠保護星球避免受到太陽風和其他太陽活動輻射的磁層，卻因為行星自身的質量不夠大而在較短的時間裡就冷卻了。而失去這個特殊發電機的火星，也就沒有了自己保護性的全球磁場，隨之而來的問題，便是行星大氣和水也都慢慢離它而去。

火星現存的感應磁層是怎麼形成的？具有怎樣的特徵？

地球在過去的46億年時間裡，用自己強大而穩定的磁場給生命提供了保護。雖然，火星早在數十億年前就失去了與地球類似的保護性磁場，但目前的火星也擁有自己比較脆弱的感應磁層，只是它的磁力線分布等特徵和強大程度，已與我們的地球磁場完全不同。

與地球磁場相比，火星現存的感應磁層要弱很多倍，科學家們也將太陽風和火星磁場之間的作用場景描繪了下來。

那火星現階段擁有的感應磁場是怎麼形成的呢？從根本上來說：這個磁場形成，其實始於太陽風中流動的磁化等離子，以及行星自身尚未被磁化的電磁之間發生的相互作用。太陽風噴射出的粒子流從未停止對周圍世界的衝擊，雖然它們自身已經在這個過程中被磁化，但它們要穿過尚未被磁化的火星大氣卻極具難度。

另一方面，當電流在電離層中產生，便會意味著磁場會變得更強大，而感應磁場便就這樣產生了。雖然這個作用過程所產生的電流，的確與火星大氣逃逸存在關聯，但它形成原理卻已經完全不同於地球的全球性保護磁場。而現在，大家已經可以直觀的感受到，為什麼地球的磁場比火星磁場更能保護好自己，以及星球上的所有事物。

為了直觀的讓大家明白火星和地球在磁力線分布上的不同之處，科學家們還根據目前的觀測情況，進一步對兩顆星球的磁力線進行了圖像描述。

當然，在碰撞過程中，除了部分離子因為流動而形成的電流在火星上傳播以外，那些從母恆星太陽所噴射出的超強紫外線和X射線輻射，也因為在不停撞擊高層火星大氣的時候被不斷電離，這個過程也會讓部分高層大氣產生能夠導電的帶電粒子或電子。

雖然，在之前的許多火星探索任務中，我們都有捕獲到火星現有磁層的局部信息，但是，我們得到這副完整的火星磁場電路圖，卻耗費了足足五年的時間。在下圖中，科學家們對火星感應磁層的電流系統進行了呈現，並用藍色來示意電流、紅色表示負載電流：

簡單來說，火星的氣氛更像是一顆具有閉合電路屬性的金屬球，那些在行星高層大氣位置流動的電流，持續存在於星體表面上方大約120到200公裡的地方。

而這一次，科學家們終於了解了從太陽風到火星高層大氣的整個電能沉積過程，也就是說，那些在火星周圍真實存在的電流已經變得可視化，不分晝夜圍繞火星流動的電流，呈現出了雙環結構的包裹形態。雖然，太陽風磁場並沒有在圖像中展示出來，但它就在電流的迴路中被徹底扭曲。

不管是火星的高層大氣，還是形成的感應磁層和太陽風，都通過這個過程中產生的電流連接起來。通過對火星弱感應磁場的了解，我們對火星大氣如何在太陽的影響下逐漸被清除有了更準確而詳細的了解。並且，太陽系中其他目前同樣不存在全球性保護磁場的行星，也很可能具有火星相似的感應場，這便是我們研究火星磁場的深層意義。

火星的保護性磁場喪失-行星大氣損耗，讓火星成為了生命的荒漠

眾所周知，之所以地球上的生命沒有明顯受到太陽風的危害，在歷經至少五次生物大滅絕之後，依然擁有豐富的生命形態，這主要是得益於地球的全球性偶極型電磁場的保護。

僅有地球大氣密度約1%的火星已成生命荒漠：

即便人類暫時還沒有登陸火星，但根據我們測得的行星大氣密度來看，科學家們一直無法尋找到火星上還有生命存在的證據不足為奇，畢竟該行星相當於地球大氣密度1%的現實環境，的確會讓微生物這種生命力更旺盛的生物都難以存活下來。

目前火星薄弱的大氣層，主要是太陽風活動作用中殘留下來的二氧化碳和氮氣，以及含量更少的氬氣、氧氣和水汽物質。如此薄弱的大氣環境當然難以製造足夠強大的溫室效應，所以，即便火星大氣發揮到最大效應，也僅能將星球表面的溫度提升5℃左右。而星球上乾燥的氣候環境，再加上低於55℃的平均表面溫度，不僅會讓已知生命形態難以存活，就連二氧化碳和水這樣的物質都會輕而易舉地被凍結起來。

全球性穩定磁場是生命繁榮的重要基礎：

從掌控地球1.6億年、並直到大約6500年前，才由於不明原因在地球上銷聲匿跡的恐龍，到在地球上只用了數百萬年進化時間，就擁有了現代社會文明的人類。所有已知地球生命的興衰更迭，都建立在地球穩定的磁場運行基礎之上。

在過去幾十年的研究過程中，科學家們早已經發現地球磁也存在強弱之分，兩極位置是磁場最強的地方，而赤道位置則是全球磁場最弱的地方。與此同時，地球磁場時刻都在發生變化，更有可能存在著周期性磁極倒轉的情況。

為什麼火星比地球更容易失去磁場的保護：

如果你對火星和地球的星球特性有所了解，便會發現這兩顆類地行星的質量、體積和密度都存在較大差異。當我們將地球、火星和月球進行對比的時候會發現，火星的直徑雖然可以達到月球的兩倍，但卻只相當於地球直徑的一半，這意味著地球的質量和體積會比火星分別高出89%和85%的樣子。

雖然並不是所有星體特徵都跟行星磁場的穩定性有關，但地球擁有相當於火星2倍的地幔厚度，以及地球內部存在的頻繁攪動現象，都變成了地球磁場得以穩定維繫到現在的重要原因之一。而大約早在39到40億年之前，火星這顆類地行星就徹底失去了自己的保護性磁場。但是，太陽卻從未停止向外持續噴射帶電粒子流，也就是剛剛講到的太陽風。

也就是從那時起，太陽風開啟了對火星的瘋狂肆虐，火星大氣層就在這幾十億年的時間裡逐漸被削弱到僅剩部分氣體殘留物，而火星氣候也變得越來惡劣。這也是為什麼即便科學家們通過火星地理上的構造特徵，證明了曾經的火星上也存在大量流動液態水，但我們現在看到的火星卻像是一片紅色的荒漠，到處都布滿了礫石和大大不等的沙丘。