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大气层|苍凉的火星，湛蓝的地球，为何我们是天选之子？( 二 )


机遇号探测器在火星上发现了赤铁矿球体 。 虽然有形成这类物质的理论 ， 但这些理论并不一定会涉及到液态水 ， 甚至在理论上也没有已知的理论可以让它们在无液态水的情况下就熔合在一起（就像发现的那样） 。 （美国国家航空航天局 ， 喷气推进实验室 ， 康奈尔大学 ， 美国地质勘探局）
大气层|苍凉的火星，湛蓝的地球，为何我们是天选之子？
直到凤凰号火星登录器到达火星时才发现了一些碳酸钙产物 ， 甚至是少量的碳氢化合物：可能是蒸发水体的最后阶段产生的 。火星上没有任何的岩类和地球上数百米（甚至超过一公里）的碳酸盐岩相类似 。
这让这让研究火星的科学家们感到非常的困惑 ， 在大概20年前 ， 人们普遍认为火星就像地球一样失去二氧化碳 ， 流入了海洋并沉积成为碳酸盐岩 。 但事实上并非如此 ， 除了碳酸盐岩 ， 他们还发现了另一种同样令人惊讶的事物:富含硫的矿物质 。 特别是机遇号发现的黄钾铁矾彻底改变了人们之前的看法 。
维多利亚火山边缘有很多像圣文森特角这样有着特别颜色的海角 。 在这些地方地面上的分层为火星的证实了火星的沉积岩历史 ， 也意味着过去液态水是存在的 。 机遇号发现的矿物质铁矾改变了人们对火星地质进程的认知 。 （美国航天局/喷气推进实验所/科内尔）
铁矾的出现使科学家得以在地球描绘出一个完全不同于以往的火星 。 在地球上 ， 海洋是呈PH中性的 ， 这非常有利于碳酸盐岩的沉积 。 纵然在饱含二氧化碳的环境下 ， 碳酸依旧会使环境的PH值达到一个很适宜碳酸盐沉积的数值 。 这也是地球表面满是石灰岩和白云石岩的原因 。 但在火星上 ， 硫磺却戏剧性的改变了整个演变的过程 。 如果早期的火星大气中不仅富含二氧化碳而且有很多二氧化硫 ， 那么火星的地表水不仅会受到碳酸的影响更会受到硫酸的作用（硫酸是化合物中最强的酸） 。 如果海洋含酸量过高 ， 那么火星上就不会有类似地球的一系列演变： 把碳酸盐从陆地上吸进海洋 ， 留下富含硫的沉积物 。
大气层|苍凉的火星，湛蓝的地球，为何我们是天选之子？
佩森岭 ， 如图所示 ， 是机遇号在火星发现的一处特别的地貌特征 ， 至今人们仍旧无法解释它的来源 。 很多在火星发现的类似的岩石沉淀物中含有硫 ， 而含有碳的比较少 。 对人类而言 ， 这也是很多年来火星地表的未解之谜之一 。 （美国航天局/喷气推进实验所/科内尔）
这也解释了火星海洋和火星地表的化学机制 ， 但这也意味着我们需要一个完全不同的机制去解释火星大气的去向 。 因为地球大部分的地球大气都流入了地球本身 ， 而这种解释根本不能适用于火星 。
也许火星的大气层没有“下降” ， 而是“上升” ， 进入了太空深处 。
也许火星就像地球一样 ， 曾经有磁场保护它免受太阳风的侵袭 。 但是 ， 火星直径只有地球的一半 ， 且地核密度更低、体积更小 ， 也许火星的温度足够低时会使它的磁场消失 。 也许这是一个转折点：没有了保护它的磁场 ， 就没有任何东西可以保护它的大气层免受太阳粒子的冲击 。
【大气层|苍凉的火星，湛蓝的地球，为何我们是天选之子？】太阳风以螺旋状辐射的形式从太阳出发 ， 使太阳系中的每个星球都暴露在大气层为之剥夺的危险之中 。 如今地球的磁场依然保护我们的星球免受这些高能粒子的冲击 ， 而这是火星所没有的 ， 甚至现如今火星的大气仍在不停地流失 。
这是对的吗？火星真的是这样失去了它的大气层 ， 使地表的水不能再以液态的形式存在 ， 并使它变得寒冷、荒凉和贫瘠吗？
这是美国航天局专家号航天任务背后的主要目的 。 专家号航天任务的目标是测量如今火星大气被剥离的比例 ， 并以此推算各个时期火星大气的比例 。 太阳风的能量是巨大的 ， 但是像二氧化碳这样的分子有很高的分子量 ， 这意味着很难让它们达到逃逸速度 。 磁场的丧失与太阳风的耦合能否提供一种可行的机制 ， 将火星从一个表面有液态水的大气充裕的世界转变为我们今天所知道的荒凉贫瘠火星？
在没有有效磁场保护的情况下 ， 太阳风不断地袭击火星的大气层 ， 导致大气层一部分粒子和大气层本身被冲走 。如果我们今天把火星注入类似地球的大气层 ， 那么太阳风依然可以用几千万年把火星的大气吹回现在的密度 。
专家号测量到 ， 火星平均每秒就要失去每100g（1/4磅）的大气 。 在燃烧事件里 ， 太阳风会变得比正常时强烈得多 ， 这个增幅大约是平时的20倍 。 然而 ， 若星球的大气密度越大 ， 相同强度的太阳风会越快地把它冲入太空 。
大气层|苍凉的火星，湛蓝的地球，为何我们是天选之子？
不受太阳风的任何保护的情况下 ， 1亿年时间尺度就足以改变一个火星大小的世界 ， 将像地球这样的大气层转变为像是如今火星上的大气层 。 在经历了大约十亿年的液态水在火星表面肆意流动的日子后 ， 一小段宇宙中的时间就足以把太阳风将火星适宜生命居住的前景摧毁掉 。


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