火星曾經比地球更適合生存？火星過去的大氣層比今天的地球還濃密

宇宙浩如煙海,茫茫無盡。 類似地球的行星可以說是數以萬計。 僅在太陽系,就有金星和火星兩顆星球和地球一樣在一巨蛋。 但令人驚奇的是,只有地球誕生了生命,並且進化出了人類。 但是你知道嗎? 火星沉積的大氣層可比現在的地球要厚得多, 就像一層巨大的保護毯, 守護著這顆紅色的星球, 比喻來自宇宙的小行星撞擊。 今天的火星以稀薄的大氣著稱, 幾乎完全由二氧化碳主宰, 它所能提供的氣壓和地球的平流層, 也就是距離地面大約30公里的高空那一層,幾乎一樣稀薄。 那麼火星是怎麼從一個擁有濃厚大氣的世界, 變成如今風涼乾旱的星球? 這一切要追溯到太陽系誕生僅400萬年後的早期, 那時候的太陽和大多數行星還在形成, 火星卻已經接近完成, 它和其他的行星一樣,曾被包裹在太陽星雲大量巨大的氣體和塵埃中。 短暫的時間裡,這些氣體被吸進了火星的大氣層, 當星雲逐漸消散,火星的大氣層卻迅速流失, 開啟了一段影響至今的氣候巨變。 最新的研究認為,火星可能鎖住這部分氣體的時間更長, 從而維持了一層持續很久的原始酸性大氣。 太陽、星雲消散後不久,木星與土星等巨行星軌道發生變化, 擾動了費星和小行星的運行軌跡, 導致它們向太陽系內側衝擊,猛烈撞擊了巖質行星。 雖然科學家已經從地球大氣和岩石化學特徵中找到了類似撞擊的證據, 但在火星上,相關的證據仍然比較缺乏。 火星當時濃厚的大氣可能稀釋了費星撞擊所帶來的物質。 天文學家認為,在41年前的太陽系,火星纔是最適合生命存在的星球, 但是磁場的減弱最終摧毀了它,而地球的生命是在38億年前纔出現的。 這中間至少有2億年的時間,能讓火星的生命有機會來到地球。 從地質紀元分析,火星其實一共經歷了四個時代,第一時代被稱為前諾亞紀。 這個時代在火星誕生後持續了大約5億年左右,當時的火星與現在的地球很像, 但我們不知道火星整個表面是否像地球一樣被海洋覆蓋。 唯一可以肯定的是,當時的火星遭受到了許多小行星的撞擊,最終造成了火星南北半球不對稱。 第二個時代是赫斯波尼亞紀,開始於35至37億年前, 但結束的時間有人認為是32億年前,或者是21億年前,這個階段火星地質活動很頻繁。 奧林匹斯山就是在這個時期誕生的,地球上發現來自火星的隕石, 大多也是來自這個時期,其中一些隕石上存在一些疑似生命的跡象, 這也是地球生命火星起源證據之一。 再往後就是火星的至暗時刻,亞馬遜紀,由於某種不知名的原因, 火星的磁場強度在這一時期快速下降,完全無法旋轉太陽風, 最終導致太陽失去了大氣層,慢慢地變成了越來越寒冷, 裡面的水變成了永久的凍土,有時冰凍的地面被融化, 變成大型河流流入大海裡,再後來液態水都不存在了,只有兩極地區的冰蓋。 天文學家認為,在25到31年前的亞馬遜初期,火星的大氣層就和現在一樣稀薄了, 這種情況下,水大約在15度的時候就開始蒸發, 也就是說火星在每年夏年來到的時候,就會流失越來越多的水, 在反復發生這種情況之後,海洋的面積就變得越來越小,越來越淺,最後就慢慢消失了。 一直到10億年前,火星的變化徹底定型,也就是我們現在看到的樣子。 按照科學家設想的火星改造計劃,第一步應該是先恢復火星的液態水和大氣層, 這一步可以用火星軌道上的大型反射器來解決,通過反射太陽光的形式加熱火星。 體論上來講,兩極冰蓋的水資源足以製造一個全球性的海洋, 然而沒有磁場的保護,這些液態水也不會存在很久。 因此馬斯克認為,在火星磁場恢復之前,封閉式的火星基地纔是最穩妥的方案。 在這種情況下,可以把基地建設在火星地下的洞穴中,或者是冰蓋附近, 只要能解決水資源的問題,就能獲得氧氣和氫氣,足以滿足在火星上生存的需求。 為了探測火星上的水和生命的相關信息,人類至今已經發射了大約50顆火星探測器。 從這些探測器發肥的圖片我們可以看到,現在的火星表面保留了河牀、三角洲、峽谷以及浮盆等可能由地表水活動形成的地貌, 說明火星在遠古時期有大量的地表水存在,且對火星地形塑造起了重要的作用。 前面已經提到了,科學界存在一種觀點,缺少全球性偶集磁場的保護的火星, 在強烈的太陽光輻射下,它的大氣逐漸被剝奪。 已有的研究表明,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部脫氣過程中而形成的次生大氣層。 很久以前,火星一層層被大氣層籠罩,而現在的火星大氣層卻變得非常稀薄,科學家們對此進行了深入的研究。 2013年11月,NASA發射了火星大氣與非化物演化任務的探測器, 它的使命是調查火星大氣層消失之謎,並尋找火星上早期擁有水源以及二氧化碳消失的原因。 進入軌道後一年後,NASA披露了火星探測器關於火星大氣層稀薄的兩大原因。 第一,磁層作用影響大氣層,地球具有內丙磁場,太陽風與地球磁層相互作用形成了磁層丙, 可阻止太陽風和宇宙輻射射線進入,防止地球大氣的逃逸,創造了地球的保護傘。 但火星的磁場很弱,大約為地球磁場的萬分之一,太陽風可以直接抵達火星,襲擊火星的大氣層。 NASA認為太陽風偷走了火星的大氣層。 第二,引力束縛影響大氣層,引力的大小影響了分子的逃逸速度,火星的逃逸速度大約為5.03千米每秒。 同時太陽風的帶電粒子撞擊大氣層中的分子,讓分子具有了更高的逃逸速度,使大量的氣體逃出了火星的大氣層。 目前火星的大氣層分為低層大氣和高層大氣,由二氧化碳、氮氣、鈦、氧氣、一氧化碳等組成。 其中主要成分由二氧化碳,體積大約佔95.32%,而氧氣只佔0.13%。 火星大氣逃逸主要發生區域,第一是太陽風吹到的火星背面,佔大氣逃逸的總量的75%,第二是極區上空,佔大氣逃逸的總量的25%, 三是繞火星的延展雲層,僅佔大氣逃逸總量的很小一部分。 火星遲早地消失,導致了太陽風不光吹乏了火星的大氣,部分的水也跟著丟了。 火星現在十分乾燥,火星風與晨暴頻繁,火星風的平均速度大約是4.3米每秒, 在地形交界處的風速可以達到50米每秒,而且常常伴有強烈的晨暴,這也加速了火星大氣的劇烈運動和逃逸。 為了探測火星,科學家們用心良苦,在已經知道火星的水資源稀缺,大氣稀薄的情況下,為什麼繼續探測火星呢? 未來的火星探測又有哪些亮點呢? 首先,火星上的水和大氣演化是一個非常複雜的過程,綜合作用因素有很多。 為了了解這個過程以及特徵,揭開火星的神祕面紗,還需要對火星大氣層的成分進行進一步的探測研究。 其次,火星上的水冰記錄著火星過去的氣候和歷史,可以幫助我們更深入地瞭解火星歷史氣候的變化, 還原火星的演化和歷史,追溯火星生命存在的痕跡。 另外,水冰是可以作為將來登陸火星的源源和火星移民的補給來源, 更可以和二氧化碳進行反應,產生可供人類呼吸的氧氣和可供火箭推進器的甲烷。 只不過,唯一的問題是,既想為著墨紀獲得足夠的太陽能,又想為著墨紀找一個富含水冰的地方,實在是非常難。 但是自20世紀60年代以來,國際上已經實施了多次火星任務, 尤其是2015年的NASA正式宣佈,確認火星表面存在積極性液態水液後, 尋找火星生命的痕跡和加深火星地質演化、環境移居性的認識成為人類目前急需解答的問題。 地球成為太陽系唯一擁有生命的星球,原因在於它的天時地利人和。 恰巧的大氣、水和磁場環境,使我們成為浩瀚宇宙的幸運兒。 20世紀初,曾有人認為火星和金星是人類生活的可能之地, 但隨著人類探測技術的發展,這個可能被否定了。 金星的大氣中含有96%的二氧化碳,雖然不是體太陽最近, 但是由於溫室效應,它的表面溫度達到400多度,而且天上也被經常下條酸雨, 克大暴風比地球上的十二級颱風還要猛烈數倍。 至於火星,在這個紅色的行星上生活,就像住在兩個珠穆朗瑪峯的高度上, 火星的大氣壓力只有地球的1%,無論白天還是夜晚,溫度都在停射速度以下。 雖然都在宜居帶內,但是金星和火星的溫度、大氣、水環境, 使得人類無法生存,只有在地球上進化出了生命。 首先,地球擁有何式的大氣?眾所周知,從人類的宜居的角度來看, 大氣中的氧氣是必不可少的,金星雖然也有大氣, 但是金星的大氣都是還原性氣體,幾乎沒有氧氣。 地球上生命的起源和演化認為,地球產生的低級生命主要是細菌, 大多應該是厭氧細菌,在它們的生成過程中排出氧氣到大氣中, 再到植物的光合作用,它們可以吸收二氧化碳排出氧氣。 不要小看這些排出的氧氣,隨著時間的推移,足夠改造行星的大氣, 竟然為人類這樣的自費生命產生了條件。 有一種觀點是,金星是曾經的地球,火星是未來的地球。 對此,地球的早期環境確實和現在的金星類似, 地球剛形成的時候,由於遭受很多的天體碰撞, 地球表面的溫度會比現在高出很多,到處都是巖漿的海洋, 小行星和彗星等天體撞擊導致了地球地殼破裂,高溫讓水蒸發。 在長達數百萬年的時間裡,大量的水汽充滿著天空, 地面則是天續不斷的火山噴發和小行星撞擊, 這樣的地球簡直就是末日,地面的溫度高達數百度,和現在的金星類似。 火星是未來的地球,這種說法在於火星或許曾經的磁場, 但由於各種原因,火星的內部活動減弱,無法維持火星的磁場。 如今的磁場已經基本消失,人們擔心地球被重蹈覆轍, 丟掉保護地球的磁場。火星的內核早已冷卻,無法支持全球的偶及磁場, 因此從數十億年前開始,太陽風就不斷的剝離火星的大氣。 直到現在,火星僅有稀薄的大氣層,成分以二氧化碳為主, 磁場能抵擋外來的高冷粒子輻射,抵擋紫外線,防止水的流失。 磁場消失後,火星的大氣變得非常稀薄,火星也就不再宜居。 假如十一年後,地球的內核冷卻,磁場消失,或許也會變得像火星一樣失去大氣, 我們也就失去了保護生命的重要屏障。 從太陽系八大行星的位置來看,提地球不遠的位置上還有一顆木星, 雖然不在宜居帶內,但是木星也為地球宜居創造了條件。 木星雖然不宜居,但是太陽系研發的早期, 它幫助清空了太陽系內大量的小天體,讓地球軌道變得空曠, 大大降低了小天體撞擊地球的概率。 大家都知道恐龍滅絕大概率是因為一顆小行星撞擊, 小天體的碰撞對地球上的生命有著潛在的威脅, 當然,遭受小天體撞擊也不是一無是處。 有部分假說認為地球生命來源於小天體撞擊地球, 暢想未來,或許數億年後的地球不再適合人類居住, 移民火星或者金星在科幻作品中很常見, 但是要改造金星或者火星的大氣,需要的能量和時間是巨大的, 這是一個漫長的過程,不可能一蹴而就,可能需要幾十代人的努力。 不過人類不用過於擔心地球的命運,地球目前依然在已巨大, 只要不發生小天體撞擊,地球的生命週期至少還有50億年。 在這個漫長的歷史長河裡,人類或許可以突破現在的科技, 實現超光速旅行。