火星探測，我們在探測什麼？

本年度是一個火星探測的大年份，7月20號，阿聯的火星探測器「希望」號成功升空。本日（7月23日），中國的「天問一號」也將發射，7月底或8月初，美國也將有一個火星探測器發射。加上這三次，我們人類往火星發射的探測器總計已經快接近50個，僅僅是飛到火星就已經歷經艱險，我們如此孜孜以求，到底在火星上探測什麼？

一、火星的生命探測

火星探測的目標中，對生命信息的探測是其中最重要的一環。但是我們為什麼要上火星探測生命？月球這麼近，為什麼我們從來不說到月球上探測生命？

很多科普文章都會提到火星與地球的相似性，他們會說，火星與地球大小相似，公轉自轉相似，有四季之類的，在我看來，都極其不專業，而且主要的是，膚淺，不解渴。

上火星探測生命，很重要的一個原因就是火星與地球在形成和演化過程中的相似性！

在目前的主流科學理論中，整個太陽系都誕生於一團星雲，大約46億年前的時候，星雲物質圍繞星雲中心旋轉，旋轉過程中自然形成扁盤狀的星雲形態，在星雲中心集中了99%的星雲物質，在這裡溫度壓力極高，最終點燃了核聚變，於是形成太陽。太陽形成後，時刻不停向外釋放著熱量和太陽風，熱量和太陽風會天然篩選圍繞太陽運動著的星雲物質或者是星子。

在這種篩選下，重的、耐熱的物質留在了離太陽近的地方，輕的、不耐熱的物質則被趕到了遠離太陽的地方。最終這些被篩選過的物質逐漸凝聚形成圍繞太陽運動的行星。在太陽系內側，是耐熱的巖石行星——水星、金星、地球、火星；在太陽系外側，則是不耐熱的氣態行星或是冰巨星——木星、土星、天王星、海王星。

而火星與地球與太陽的距離相差不大，所以它們從起源物質上看就是相似的。而從起源過程上看，它們也是相似的，它們都是由星雲物質凝聚成星子，星子凝聚成小行星，小行星又相互碰撞吞噬，從而形成了行星。

現在在太陽系中，火星和木星之間就有一個小行星帶，在這個小行星帶中飄蕩著大約50萬顆小行星，這些小行星可能由於木星的巨大引力，所以未能相互碰撞形成行星。

這些小行星在碰撞形成行星的過程中，巨大的碰撞動能會被轉換成熱能，且小行星內部攜帶的放射性物質也在碰撞過程中聚集到行星內部，這些放射性物質也在隨時釋放著熱能。這些熱能讓剛剛誕生的行星都處於熾熱的巖漿球狀態。

隨後，這些巖漿球開始冷卻，最先冷卻的是外層物質，在冷卻過程中，巖漿內部也在通過各種化學反應釋放著水蒸汽、二氧化碳等等氣體，當外層巖漿冷卻形成巖層之後，這些水蒸氣冷凝形成雨水匯集到地表，這就是原始的海洋。

至於為什麼巖漿會形成水蒸汽，我已經寫過文章分析。

水杯中的地質學：如何優雅地喝下這杯來自46億年前的茶水？

那麼，從這個理論來看，火星和地球的誕生之初其實都有很多地表水存在，這些地表水連成廣闊的水面，就形成了原始的海洋。到這一步，火星和地球依然很相似。

在海洋形成後，在洋底有些地方會有一些火山存在，在靠近火山的地區，會存在著一些裂隙，從這些裂隙中，水會向下運動接觸到地下巖漿，被巖漿加熱後又會沿著裂隙返回，從而形成海底黑煙囪，黑煙囪附近的無機物通過各種化學反應，形成了有機物，有機物則又形成了生命，這就是目前主流的生命誕生理論。

海底黑煙囪形成過程

大洋中的海底黑煙囪

地球上的生命是什麼時候誕生的呢？38億年前左右。那時候，火星上依然還有比較豐富的水的存在，，實際上，火星上大規模的水，一直到30億年前才逐漸消失，而到現在，火星上可能都存在著小規模的地下水活動。

也就是說，至少在35億年前，火星與地球環境都很類似，而那時候，地球都已經出現了生命，我們有什麼理由不相信在火星上也有可能有生命呢？

二、水和地貌探測

水和地貌的探測，實際上是屬於生命探測的一部分，但是本文第一節已經太長了，我在此強行斷章~

我們從上一節的文章已經知道，為了探測火星上的生命，我們必須確定火星上水的狀況，如果火星上存在過水，現在也有水的話，就算我們暫時沒有發現生命，我們也可以抱有很大的期待說火星上可能存在生命。

目前對於火星上水的探測，主要是根據地貌、地球物理和探測器的實驗來進行的。在地貌方面，我們在火星上已經發現了在火星的南北極存在著巨大的冰蓋，同時在火星地表也廣泛分布的水存在的痕跡：

火星上的河谷網絡

火星上的河口三角洲

火星上的河流

而且，利用這些地貌，我們還大致推斷出這些地表水廣泛活動的年代35億年前，從35億年到30億年間，地表水逐漸消失。

在地球物理探測方面，我們已經發現在火星的南極可能存在一個冰下湖，這是人類首次發現的火星上的液態大型水體：

湖泊位於火星南極附近

2008年，鳳凰號探測器在火星北極挖掘出一個土坑，坑中出現了水冰，這證明在火星的地下可能也存在著較多的水冰。

通過對於地貌和水的探測，我們實際上已經證明火星上在歷史上存在著大量的地表液態水，同時在現在依然存在著地下水和大量的水冰。這實際上對於發現火星生命是重大的利好，對於我個人而言，我深信在火星上存在生命的可能性極高！

（PS：在這裡，火星生命並不是火星人那種生命，而是非常原始的細菌類生物。）

三、火星演化探測

在這方面的探測，主要包括火星大氣層、磁場、物質組成與化學演化過程。

火星的大氣層探測，是為了看火星大氣成分，將這些數據與地球上的進行對比，一方面能夠啟示地球大氣未來的變化，一方面能夠為人類將來建立火星考察站，或者是更長遠一些的改造火星提供資料。

磁場則是另外一個重要的目標。因為磁場實際上對於地球對於火星都很重要，一方面，磁場實際上是行星內部運動的結果，比如我們現在的地球，內部存在較高的熱量，地幔、地核部分都沒有冷卻下來，所以金屬內地核在地幔巖漿中的運動過程就好像一個發電機的轉子，不斷形成電流，這些電流在發電機外圍形成了全球統一的磁場。

但是如果內核逐漸冷卻，這個統一的磁場將會消失，取而代之的是區域性的磁場，在某些未完全冷卻凝固的地方有地下的巖漿活動，這些地方會有覆蓋比較小區域的區域性磁場，這其實就是火星目前的樣子。

我們通過對於火星磁場的研究，也能夠預測地球未來磁場的變化（火星比地球小，所以冷卻比地球快，但總有一天地球也會冷卻成為火星的樣子）

另外一方面，磁場就好像一個離子保護盾，能夠偏轉來自宇宙的高能射線，保護其下的生命不受高能射線的傷害。對於火星磁場的探測，無疑對於我們未來建立火星探測站，或者是更進一步建立火星殖民地，也具有重大的參考價值。

對於火星物質成分和化學演化的演化，則屬於行星地質學方面的內容。通過這些探測和研究，我們能夠不斷修正我們目前對於太陽系起源、行星演化的理論，這些理論，則是我們未來預測地球演化，尋找更多地外行星，甚至是進行星際大航海時代的重要支撐。

四、行星地質學

最後介紹一下這個專業，算是蹭一波高考專業選擇的熱點。行星地質學實際上是一個很年輕的科學，我們目前的水平很難飛到各個行星進行實地的研究工作，所以會用比較的方法進行研究，具體的方法是，把目前觀測到的地外行星的各項數據與地球進行對比，因為地球也是一個普通的行星，在這些行星上的基本的地質過程是相似的，比如水流衝刷，會在行星上衝刷出各種水流河道的痕跡，風的流動會在乾旱的地方形成雅丹地貌。

火星上的雅丹

地球上的雅丹

通過對比地球和地外行星的異同，從而研究地外行星的特點，並建立更廣泛的行星演化理論框架，支撐未來的星際探索。

這個專業，我個人是覺得很有趣的，地大的行星地質學研究，中科院的行星科學研究都是不錯的，目前貌似只招收研究生，各位學子未來有興趣可以考慮~