火星與(yu) 地球一樣處於(yu) 太陽係中的宜居帶內(nei)

隨著人類社會(hui) 的不斷發展，我們(men) 對地球資源的開采力度逐漸增大，地外資源的開發和利用就必不可少。，作為(wei) 距離地球最近的星球之一，由於(yu) 其獨特的地形地貌，以及與(yu) 地球類似的某些物理特性，引起了人類對火星探測的濃厚興(xing) 趣，火星多年來也一直被科學家們(men) 視為(wei) 人類移民的首選星球。要想了解人類在火星上是否可以生存，就要了解火星的環境，而其中，水和大氣是最為(wei) 重要的兩(liang) 大要素。

那時，火星有較厚的大氣層，地麵也有河水流淌

大約在40億(yi) 年前，地球的近鄰，紅色星球——火星，曾經曆了溫暖濕潤的時期，，一些科學家認為(wei) ，這種環境使得早期火星成為(wei) 非常特別的星球——它曾是一顆有機會(hui) 孕育出生命的行星。

早已不見曾經的濕潤景象

但今天，我們(men) 觀測到的火星十分幹旱，，隻剩下遍布的火山、無垠的沙漠以及幽深而幹燥的裂穀，液態水無法穩定地存在於(yu) 火星表麵，主要就是因為(wei) 火星的大氣層太冷太薄不能維持住水分。不過，火星表麵幹燥的河床，和隻能由液態水的存在而形成的礦物質等證據都表明，古代火星的氣候與(yu) 現在截然不同，當時應該足夠溫暖，大氣層的厚度足以保持水分，很長的一段時間內(nei) 都有河水在地表流淌。那麽(me) ，，今天就讓我們(men) 來一探究竟。

水的消失：深埋地表or逃出火星?

至今人類已經發射了約50顆火星探測器

為(wei) 了探測火星上與(yu) 水和生命有關(guan) 的信息，。從(cong) 這些探測器發回的圖片我們(men) 可以看到，現在的火星表麵保留了河床、三角洲、峽穀以及湖盆等可能由地表水活動形成的地貌，說明火星在遠古史時期有大量地表水存在，且其對火星地形的塑造起了重要作用。

火星的水去了哪裏呢?

兩(liang) 種觀點

關(guan) 於(yu) 火星表麵水的消失過程，科學界有，一是認為(wei) 火星表麵的水以沉積岩的形式存在於(yu) 火星地表以下;另一種觀點認為(wei) ，由於(yu) 缺少全球性偶極磁場的保護，強烈的太陽風和輻射逐漸剝奪了火星的大氣，水經過蒸發和電離變成帶電粒子，沿著火星磁力線逃逸出火星大氣。

“火星快車”(mars express)上搭載的“火星先進地下和電離層探測雷達係統”(MARSIS)對火星地表以下的開展精細探測，發現在火星南極高原的冰蓋下1.5km深處存在直徑為(wei) 20km的湖泊，這項發現表明火星表層深處可能存在更多穩定的液態水，即火星擁有適合微生物等生命體(ti) 生存的條件。

2011年，美國的“火星勘察軌道器”(mars reconnaissance orbiter, MRO)搭載的“高分辨率成像儀(yi) ”(HiRISE)拍攝到火星表麵或亞(ya) 表層存在季節性斜坡紋線，經光譜分析，季節性斜坡紋區域的礦物是溶於(yu) 水後再沉澱富集而成，這個(ge) 結果提供了現今火星上存在液態水的有力證據。

2018年，科學雜誌發表Dundas 等人的研究成果，他們(men) 在對火星中緯度地區的八處斷崖地貌進行分析研究之後，發現火星中緯區域的地下1~2米至100多米存在大量的純淨水冰。

被太陽風“偷走”的火星大氣層

缺少全球性偶極磁場的保護的火星，在強烈的太陽風和輻射下，它的大氣被逐漸剝奪

前麵已經提到，科學界存在一種觀點：。已有的研究也表明，火星的大氣層不是原生大氣層，而是在火星演化過程中由火星內(nei) 部的脫氣過程而形成的次生大氣層。很久以前，火星被一層厚厚的大氣層籠罩。而現在的火星大氣卻變得非常稀薄，科學家們(men) 對此進行了深入的研究。

2013年11月，NASA發射了“火星大氣與(yu) 揮發物演化任務”(MAVEN)探測器，它的使命是調查火星大氣失蹤之謎，並尋找火星上早期擁有的水源及二氧化碳消失的原因。入軌一年後，NASA披露了MAVEN火星探測器關(guan) 於(yu) 火星大氣層稀薄的兩(liang) 大原因：

磁層作用影響大氣層

第一，：地球具有內(nei) 稟磁場，太陽風與(yu) 地球磁層相互作用形成磁層頂，可阻止太陽風和宇宙輻射射線的進入，防止地球大氣的逃逸，充當了地球的“保護傘(san) ”。但火星的磁場很弱，約為(wei) 地球磁場強度的萬(wan) 分之一，太陽風可以直接抵達火星，“襲擊”火星的大氣層，NASA認為(wei) 是太陽風“偷走”了火星的大氣層。

引力束縛影響大氣層

第二，：引力的大小影響了分子的逃逸速度，火星的逃逸速度約為(wei) 5.03km/s，同時太陽風的帶電粒子撞擊大氣層中的分子，讓分子具有更高的速度，使大量氣體(ti) 逃逸出火星大氣層。

目前火星的大氣層分為(wei) 低層大氣和高層大氣，由二氧化碳、氮氣、氬、氧氣、一氧化碳等組成，其中主要成分為(wei) 二氧化碳，體(ti) 積比占95.32%，而氧氣隻占0.13%。火星大氣逃逸主要發生在三個(ge) 區域：一是太陽風吹到火星背麵，占大氣逃逸總量的75%;二是極區上空，占大氣逃逸總量的約25%;三是繞火星的延展雲(yun) 層，僅(jin) 占大氣逃逸總量的很小部分。

導致太陽風不光吹跑了火星的一些大氣，部分水也跟著“丟(diu) 了”

火星磁場的消失，。火星現在十分幹旱，火星風與(yu) 塵暴頻繁，火星風的平均風速達4.3m/s,在地形交界處的風速可高達50m/s，且常常伴有強烈的塵暴，這也加速火星大氣的劇烈運動和逃逸。

火星的探測還有必要嗎?

為(wei) 了探測火星，我們(men) 人類“用心良苦”，在已經得知火星水源稀缺、大氣稀薄的情況下，繼續探索火星有什麽(me) 用呢?未來的火星探測又會(hui) 有哪些亮點呢?

揭開火星的神秘麵紗，還需對火星大氣層成分進行更進一步的探測和研究

首先，火星上的水與(yu) 大氣的演化是一個(ge) 非常複雜的過程，綜合作用因素很多，為(wei) 了解這個(ge) 過程及特征，。

反演火星的形成與(yu) 演化

其次，火星上的水冰忠實記錄著火星過去的氣候和地質曆史，可以幫助我們(men) 深入理解火星曆史氣候變化，，追溯火星生命存在的痕跡。

補給來源

另外，水冰是可以作為(wei) 將來登陸火星的宇航員和火星移民的，更可以和二氧化碳(火星大氣中的主要成分)進行反應，產(chan) 生可供人類呼吸的氧氣和可供作為(wei) 火箭推進燃料的甲烷。隻不過，唯一的問題是，既想著陸器獲得足夠的太陽能供給，又想著陸器著陸在一個(ge) 富含水冰(緯度不太低)的地方，實在是挺難的!

自20世紀60年代以來，國際上已實施多次火星探測任務。尤其是在2015年NASA正式宣布確認火星表麵存在季節性液態水以後，尋找火星生命痕跡和加深對火星地質演化和環境宜居性的認識，成為(wei) 人們(men) 關(guan) 注且亟待解決(jue) 的重要科學問題。

2020年是全球火星探測活動非常密集的年份

，美國的“毅力號”(Perseverance)火星車，阿聯酋的“希望號”(Hope)軌道飛行器，和中國的“天問一號”首次火星探測任務都將飛往火星，去探究火星的水、大氣以及生物宜居性的問題。火星探測將是中國行星探測的第一步，是深空探測領域從(cong) 月球到行星的發展曆程中承前啟後的關(guan) 鍵環節，也是未來邁向更遠深空的必由之路。

參考文獻：

[1]歐陽自遠,肖福根.火星及其環境[J].航天器環境工程,2012,29(06):591-601.

[2]Baker, B. R., 2006. Geomorphological Evidence for Water on Mars. Elements, 2(3):139-143. Doi:10.2113、gselements. 2.3.139

[3]McSween. H. Y., 2006. Water on Mars. Elements, 2(3):135-137. Doi:10.2113/gselements. 2.3.135

[4]McEwen, A. S., Hansen, C. J., Delamere, W.A., et al., 2007. A Closer Look at Water-Related Geologic Activity on Mars. Science, 317(5845):1706-1709. Doi:10.1126/science.1143987

[5] 林楊挺.探索火星環境和生命[J].自然雜誌,2016,38(01):1-7.

[6] 火星首次發現液態水湖[J].發明與(yu) 創新(大科技),2018(08):24

[7]Ojha L, Wilhelm M B, Murchie S L, et al. Spectral evidence for hydrated salts in recurring slope lineae on Mars[J]. Nature Geoscience, 2015,8(11):829-832,doi:10.1038/ngeo2546.

[8]Dundas C M, Bramson A M, Ojha L, et al. Exposed subsurface ice sheets in the Martian mid-latitudes[J]. Science, 2018, 359(6372):199-201.

[9]歐陽自遠,肖福根.火星探測的主要科學問題[J].航天器環境工程,2011,28(03):205-217.

[10].太陽風“吹”掉了火星“外衣”[J].中國科技獎勵,2015(12):71-73.

[11].火星為(wei) 何最讓人魂牽夢縈[J].科學之友,2019(09):8-9.

[12]於(yu) 登雲(yun) ,孫澤洲,孟林智,石東(dong) .火星探測發展曆程與(yu) 未來展望[J].深空探測學報,2016,3(02):108-113.


1、
5、
6、深圳科普各種比賽歡迎參與(yu)