不得不知的火星
火星和地是孪生星球吗
随着科技的发展，人类文明对地球生态系统的影响也在不断加大，地球未来将朝着怎样的方向发展，也关乎着人类文明的延续。火星作为地球的近邻，与地球有着许多相似的地方，被称作“袖珍的地球”。对火星的探测和研究，对于地球和人类社会的可持续发展来说，有着深远意义。
火星为什么是红色的
仰望星空，我们可以看到火星深红的光芒。古罗马人崇敬这颗红色的星球，希腊人以他们强大的战争之神为之命名。那作为太阳系所有行星中唯一的红色星球，它的红是从何而来的呢?
我们得从火星土壤着手来寻找原因。从第一个着陆器到达火星表面以来，人类就不曾停止过对火星土壤成分的研究。通过对探测器采集到的火星土壤的实际样本进行分析，科学家发现火星土壤成分中有氧化铁或红赤铁矿。“铁锈层”遍布整个星球，故使其呈现红褐色。火星上的红色锈层其实很薄，但因为火星上沙尘暴的卷携，红尘喷射到星球周围的大气中，火星的天空也就被染红了。
作为地球的邻居，火星的物质构成与地球相似，那火星的“红色染料”又是从何而来的呢?
假说一：火星制造
科学家曾认为，数十亿年前火星上的流水锈蚀火星岩石，造就了现在的火星红。后来，火星车的发现又对该假说提出了质疑：由于火星表面存在许多未被水锈蚀的矿物质，所以火星的流水锈蚀论仍待考量。在后续的研究中，科学家还发现，在类似于火星的-60℃的低温环境下，紫外线能够将纯铁转化成氧化铁，这样无水情况下也能生成“红粉”。
假说二：与生俱来
也有科学家认为“红粉”诞生于火星形成的过程之中：地球和火星形成初期都存在氧化铁，而温度的不同造就两者未来不同的境遇。地球早期温度极高，氧化铁在高温下转化成铁和氧气，液态铁进入地球内部形成液态地核。而火星呢?由于温度不足，达不到形成液态铁的条件，其大部分的氧化铁都被遗留在火星地表。
假说三：核爆产物
俄罗斯科学家还提出一个惊人的观点：大约在1.8亿年前，火星上发生过一次剧烈的核爆炸。这次自然核爆炸相当于投下了100万颗100万吨级的氢弹。爆炸所引发的核反应改变了火星表面的所有物质，有的就转变成了氧化铁。
火星上的沙尘暴
火星上的风能是由太阳能转化而来的。在太阳系中，火星以椭圆轨道绕着太阳旋转，在火星公转的一年中存在着近日点和远日点。在靠近太阳的时候，火星吸收到更多的太阳能，火星上的风力也明显增强，因此火星尘暴往往出现于近日点附近。火星的低重力，加上大气风能剧增后带来的高风速，使得火星表面的尘埃被大量卷起，形成尘暴。这些尘暴开始仅仅在某些升温较快的特定区域，如海拔相对较高的南半球，后来慢慢扩散开来可能会发展成全球性的尘暴，将整个星球笼罩在橘雾之中。随着太阳对火星表面的加热作用减弱，尘暴会慢慢减少，直至消失。
火星上有大气吗
火星的大气层非常稀薄，这颗红色星球的大气密度约为地球大气的1%。火星大气含有95%的二氧化碳、3%的氮气、1.6%的氩气，以及极少量的氧气、水汽和甲烷。不过，在30亿年前，火星的大气密度要比现在高得多，气候也温暖得多，当时的火星表面存在河流、湖泊，甚至由液态水组成的海洋。那么，火星的这些大气都去哪里了呢?又是什么造成现在的火星只剩下极为稀薄的大气呢?
消失的大气
美国的“火星大气与挥发物演化探测器”俗称“马文号”，是世界首颗专门研究火星大气的探测器。“马文号”的探测结果表明，太阳风导致了火星大气渐渐消失。由于火星缺少磁场保护，在太阳风的作用下，火星大气不断向外逃逸，尤其在太阳风暴期间，火星大气的逃逸速度显著增加，甚至达到往常的10～20倍。
太阳风是从太阳日冕层射出的等离子体带电粒子流，主要由质子和电子组成，到达火星的时速可达160万千米／时。在经过火星上层大气时，太阳风带来的磁场会产生电场，并电离火星大气中的原子形成离子逃逸到太空中。
“马文号”的最新探测表明，太阳风剥离火星大气层的速度在100克／秒。而在数十亿年前，早期太阳活动非常活跃的时候，火星大气层被太阳风剥离的速度要比现在高很多。数十亿年间的太阳活动导致了火星大气的大量丢失，从而改变了火星气候，造就了现在为人类所知的荒芜星球。
火星气候
火星的大气虽然很稀薄，但也给火星气候带来很大影响，行星科学家借助“马文号”对火星中层大气层的云层进行观测。结果发现：火星大气层的高层普遍存在流星尘埃，其中某些尘埃再度凝聚成大尺寸颗粒，扮演了凝结核的角色；在这些凝结核的帮助下，水冰云在火星大气层形成。
火星云层可导致高空温度大幅波动，最大幅度可达到10℃。同时火星云中的流星尘对哈德里环流圈具有削弱作用。
人类通过不断探索，正试图建立更为精细的火星大气变化模型，以便更深入地研究亿万年来火星大气从浓厚到稀薄的原因。
来自地下的甲烷
甲烷气体经常与微生物联系在一起(合成甲烷是微生物代谢的主要形式)。近年来的研究表明，火星的大气层中存在甲烷，那火星是不是存在微生物呢?
甲烷分子由4个氢原子与1个碳原子结合而成，是地球天然气的主要组成部分。地球上大部分甲烷是有机生物在消化养分的过程中释放出来的。宇宙生物学家通常对甲烷比较感兴趣，因为发现了甲烷，就有生命存在的可能性。
不过一些地质活动也能释放甲烷。在地球上，氧化铁的某些化学反应能够产生甲烷；在火星上，水、二氧化碳和地热的相互作用也可产生甲烷，紫外线照射、热液反应、流星体撞击造成的有机分解等也可以产生甲烷。
火星甲烷来源的猜想
现在大多数科学家认为，火星大气中的甲烷来自地下。它们可能来自在夏天融化并释放甲烷的冰包合物，也可能来自对温度升高做出反应的生物源。即使甲烷与包合物结合在一起，它的实际来源仍然可能是蕴含生物(古代生命)的地层。或者，它可能是由温暖的地下水与岩石中的橄榄石相互作用而产生的。如果是这样的话，这将表明火星表面下仍然有一些残余的地质活动，而且由此可以为微生物提供一个可居住的环境。
摘自《十万个为什么》2020(增刊)
