登陸火星　我們會(huì)看到什么

2021年5月15日7時(shí)18分，中國(guó)火星探測(cè)器天問(wèn)一號(hào)正式著陸火星地表，它攜帶的祝融號(hào)火星車即將開(kāi)啟一段全新的旅程。它們不但寄托著中國(guó)人的星際探索夢(mèng)想，還把人類持續(xù)了61年的火星探索推向了新的高度。

1960年至今，人類對(duì)火星的探測(cè)任務(wù)開(kāi)展了51次。這些探索已經(jīng)讓火星的面貌變得逐漸清晰，火星與地球幾乎同時(shí)誕生，形同姊妹，有機(jī)會(huì)成為“另一個(gè)地球”。但如今地球生機(jī)勃勃、活力四射，火星卻寒冷干燥、滿目荒涼，成了一個(gè)近乎死去的世界。

火星上究竟發(fā)生了什么？為何變成了死去的“另一個(gè)地球”？天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器和祝融號(hào)火星車又將在火星探索什么？

碰撞時(shí)代

大約46億年前，年幼的太陽(yáng)系里塵埃微粒正在聚集，無(wú)數(shù)石塊、星子、行星胚胎橫沖直撞，結(jié)合成更大的巖石星球。原始火星就這樣誕生了。接著，至少44.8億年前，另一個(gè)行星胚胎與原始火星相撞，火星的樣貌從此大為改變。

撞擊引起了劇烈的巖漿活動(dòng)，使得火星地勢(shì)南高北低，南半球以高原地形為主，地殼較厚;北半球以平原地形為主，地殼較薄，人們稱之為“地殼二分性”。

火星維多利亞撞擊坑，機(jī)遇號(hào)火星車將在此工作

好奇號(hào)火星車從蓋爾撞擊坑中央丘陵回望，近景是裸露在地表的古代巖層，從中可以認(rèn)識(shí)撞擊坑的演化歷史

此后，一系列大規(guī)模撞擊事件仍然持續(xù)不休，又在南高北低的大背景上制造出一系列巨型撞擊坑。祝融號(hào)火星車剛剛登

陸的烏托邦平原是火星上已知的最大撞擊坑，直徑超過(guò)3300km。由于面積過(guò)于巨大，登陸其上的人類探測(cè)器幾乎觀察不到任何“坑”的形態(tài)，只有一望無(wú)際的亂石荒原，故而得名“平原”。

這些巨型撞擊坑主要形成于大約42-37億年前，堪稱“碰撞時(shí)代”的高潮。但從距今37億年起，巨型撞擊坑基本停止產(chǎn)生，中小型撞擊事件則取代它們繼續(xù)為火星地表增添疤痕。

在地球上，人們尚未發(fā)現(xiàn)直徑超過(guò)1000km的撞擊坑。地球上已知的最大撞擊坑是位于南非的弗里德堡撞擊結(jié)構(gòu)，形成于20-2億年前，原始直徑雖有約300km，但放在火星上卻毫不起眼。

但這并不意味著地球比火星經(jīng)歷了更少的撞擊事件，而是因?yàn)榈厍蛴兄钴S的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)和更頻繁的雨雪風(fēng)霜，二者早已將大量撞擊坑“磨平”。正是這兩種力量的強(qiáng)弱差異改變了地球和火星的面貌。這些或大或小的疤痕僅僅是碰撞對(duì)火星外表的改變。更加深遠(yuǎn)的改變發(fā)生在火星內(nèi)部，撞擊產(chǎn)生的能量使火星內(nèi)部變得活躍異常開(kāi)啟了塑造火星的第二個(gè)時(shí)代。

火山時(shí)代

至少40億年前，熔巖開(kāi)始從火星地下大規(guī)模噴出，宣告了火山時(shí)代的到來(lái)。在火星的赤道附近，不斷噴發(fā)的火山令熔巖在地表反復(fù)流淌，竟然形成了一個(gè)占火星表面積約25%的巨型火山高原，四座海拔14000m以上的巨大火山成為高原的“中流砥柱”。

它們遠(yuǎn)高于地球上任何一座山峰，即使從太平洋海底算起，地球最大的超級(jí)火山夏威夷島，其頂?shù)茁洳钜矁H有9300米，依然相形見(jiàn)絀。形形色色的火星火山地貌與地球的火山地貌頗為相似。在火星的熔巖平原上，熔巖一邊流動(dòng)一邊冷卻堆積出麻繩一樣的外觀。

當(dāng)熔巖的表面逐漸冷卻后會(huì)轉(zhuǎn)入地下的管道流動(dòng)，還會(huì)在火星上形成龐大的地下洞穴體系，極易坍塌成線性峽谷或連續(xù)坑洞。由此產(chǎn)生了蠕蟲一般的坑道或線性排列的橢圓坑洞，并廣泛分布在火山四周。

火星的火山時(shí)代大約持續(xù)到距今30億年前。從那之后，火山噴發(fā)變得斷斷續(xù)續(xù)，規(guī)模也大為減小。火山熔巖管道順坡而下向山腳的平原延伸開(kāi)來(lái)，逐漸擁有了像河流一樣曲折的形態(tài)，并像河流一般蜿蜒消失，似乎在暗示火星的火山時(shí)代里還隱藏著潺潺的流水。

火星西北部的奧林匹斯山是太陽(yáng)系中最高大的單體火山，圖中顏色表示海拔

流水時(shí)代

在火星誕生之初，水分子與塵埃共同匯聚，大量的水被“封禁”在星球內(nèi)部的巖石里。在碰撞時(shí)代和火山時(shí)代，水蒸汽從巖漿中升騰出來(lái)。當(dāng)溫度稍稍下降，蒸汽凝結(jié)成雨，雨水第一次降落這顆星球，宣告了流水時(shí)代的到來(lái)。

迄今為止，人類已經(jīng)在火星上，發(fā)現(xiàn)了許多流水時(shí)代的實(shí)物證據(jù)。2004年機(jī)遇號(hào)火星車發(fā)現(xiàn)了“小藍(lán)莓結(jié)構(gòu)”，一種由合鐵礦物構(gòu)成的球狀結(jié)核散落在火星撞擊坑的地表。

它們是火星古代地下水的杰作，與美國(guó)猶他州沙漠里散落遍地的“摩奇石球”有著基本相同的成因。在氣候濕潤(rùn)的時(shí)期，地下水流經(jīng)地下巖層一些溶解礦物聚集沉淀將周圍的巖石顆粒粘合成結(jié)核。經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)變化后，不穩(wěn)定的鈣質(zhì)結(jié)核轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的鐵質(zhì)結(jié)核，在巖石遭受風(fēng)化破壞后散落一地。

除了古代火星地下水的實(shí)物證據(jù)，2011年以來(lái)在蓋爾撞擊坑里探測(cè)的好奇號(hào)火星車還找到了許多古代火星地表水流的實(shí)物證據(jù)，不僅有被流水打磨圓潤(rùn)的卯石，還有具備特殊紋理的砂巖地層共同記錄了古代奔涌的河流。

美國(guó)猶他州沙漠里的“摩奇石球”

火星北極附近的克洛羅夫撞擊坑中殘留大量水冰

人們根據(jù)對(duì)地球地貌的認(rèn)識(shí)與火星的地表現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比，推演出屬于火星流水時(shí)代的溪流匯聚、江河奔涌、波濤拍岸。大約40億多年前的火星，雨水在高地匯聚經(jīng)過(guò)樹(shù)枝一般的溪流網(wǎng)絡(luò)匯聚成主河道。河流裹挾泥沙繼續(xù)流淌在火星高地上切割出壯觀的峽谷，長(zhǎng)度動(dòng)輒達(dá)到數(shù)千千米，深度亦常有數(shù)千米。

當(dāng)河流流出高地來(lái)到地勢(shì)低平的平原區(qū)后，它們開(kāi)始在大地上蜿蜒，留下復(fù)雜多變的河曲，并將泥沙堆積在河道內(nèi)。當(dāng)泥沙轉(zhuǎn)變?yōu)閹r石后，又從強(qiáng)烈的風(fēng)化破壞過(guò)程里幸存，在地表凸顯出來(lái)。九曲十八彎的外形像極了地球上那些曲流河。

但不同于地球，火星的江河湖海沒(méi)有持續(xù)到今天。大約25億年前，火星的流水時(shí)代逐漸結(jié)束，液態(tài)水逐漸凍結(jié)、消失。今天的火星上，流水幾乎不復(fù)存在，只有一些殘留的水冰分布在部分撞擊坑、兩極冰蓋和地下。

究竟發(fā)生了什么？為什么火星經(jīng)歷了碰撞時(shí)代的動(dòng)蕩不安，經(jīng)歷了火山時(shí)代的烈火熔爐，經(jīng)歷了流水時(shí)代的奔流不息卻最終迎來(lái)了死亡？

死亡時(shí)代

我們或許可以從地球與火星的地形差異中獲取一些線索。在地球上，規(guī)模巨大的洋中脊和火山鏈年復(fù)一年地噴薄巖漿將地球內(nèi)部的物質(zhì)不斷帶到地表，更新地球表面的大氣、水和巖石。延綿數(shù)千千米的線性山脈在地質(zhì)歷史中起起落落，共同見(jiàn)證著地球板塊運(yùn)動(dòng)的生生不息。

但在現(xiàn)代火星上，人們幾乎找不到類似的地貌。這里的火山分布零散，缺乏線性的火山鏈和洋中脊，就連線性的碰撞山脈也幾乎不存在，無(wú)法證明存在活躍的板塊運(yùn)動(dòng)。

或許在40多億年前，火星有過(guò)短暫的局部板塊運(yùn)動(dòng)，但它沒(méi)有持續(xù)到現(xiàn)代。而原因可能僅僅是因?yàn)榛鹦堑纳聿奶^(guò)嬌小。在冰冷浩渺的宇宙中，嬌小的火星既無(wú)法提供足夠的放射性元素，在星球內(nèi)部衰變產(chǎn)生熱量，也難以留存碰撞時(shí)代遺留的熱能，內(nèi)部冷卻程度遠(yuǎn)甚于地球，以至于無(wú)法支持活躍的板塊運(yùn)動(dòng)。這一差異改變了兩顆星球后來(lái)的歷史。由于缺少板塊運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的劇烈地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，火星的地表遠(yuǎn)不如地球這般活躍，古老的撞擊坑得以長(zhǎng)期存在，穿越40多億年的光陰，留存至今。

由于缺少板塊的橫向運(yùn)動(dòng)，源于地幔深處的巖漿在原地噴發(fā)堆積，最終形成巨大的火星火山，而不會(huì)像地球的夏威夷火山一樣分散成一連串的火山島。距今約37億年前，或許是因?yàn)榛鹦堑睾藴囟忍?，或許是因?yàn)槟炒巫矒羰录蓴_了地核，火星的全球磁場(chǎng)逐漸消失，太陽(yáng)風(fēng)得以直達(dá)火星大氣層將大氣分子“吹”進(jìn)太空。

當(dāng)時(shí)間來(lái)到距今約30億年前，火星的巨型火山活動(dòng)漸漸減弱，內(nèi)部物質(zhì)難以來(lái)到地表，大氣層和地表水逐漸失去補(bǔ)充。在隨后的歲月里，60%以上的火星大氣竟因此消失，大氣愈發(fā)稀薄，氣壓和溫度雙雙下降，液態(tài)水凍結(jié)在兩極附近的地表和地下，偶爾升華產(chǎn)生的水蒸汽，也會(huì)很快被太陽(yáng)風(fēng)破壞帶走，從火星消失。氣溫繼續(xù)下降，就連二氧化碳也被凍結(jié)，形成厚重的“干冰”冰蓋。狂風(fēng)在地表呼嘯，卷起江河湖海沉積的泥沙用做摧殘巖石的武器。沙漠開(kāi)始在火星廣泛出現(xiàn)，龐大的沙丘在地表蔓延。

火星的死亡時(shí)代從距今25億年前延續(xù)至今，整個(gè)星球的表面陷入沉寂，只有偶爾飄過(guò)的幾縷白云和動(dòng)輒席卷全球的沙塵暴依舊保留些許的活力?；鹦且呀?jīng)幾乎死去，所有曾經(jīng)的動(dòng)蕩與進(jìn)發(fā)的力量都已被埋藏在時(shí)光的深處。它用自己最殘破的姿態(tài)，迎來(lái)了人類的探索。

歐科斯環(huán)形山，火星表面最古怪的地貌之一，可能由小行星撞擊產(chǎn)生

火星的雅丹地貌，是古代湖泊泥沙被風(fēng)力破壞的產(chǎn)物

“另一個(gè)地球”

人類的火星探索打破了火星持續(xù)數(shù)十億年的沉寂。隨著人類越發(fā)了解火星并將火星的一生與地球的一生進(jìn)行對(duì)比時(shí)，才體會(huì)到地球的與眾不同。地球有著足夠大的身軀、至今仍維持著活躍的地核運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)生出強(qiáng)大的磁場(chǎng)保護(hù)著大氣層不受太陽(yáng)風(fēng)侵襲，以適當(dāng)?shù)膲毫蜏囟群亲o(hù)著地表的一切。

還有活躍的地幔運(yùn)動(dòng)，在超過(guò)36億年的時(shí)間里維持著生生不息的板塊運(yùn)動(dòng)，不斷重塑地球的表面，它令高山起落不定，令火山噴涌不息，令江河奔流不止，令海洋洶涌不寧，令地球成為人類無(wú)與倫比的家園，更成為整個(gè)太陽(yáng)系中獨(dú)一無(wú)二的藍(lán)色寶石。

是火星的死氣沉沉襯托了地球的活力四射，是火星的黯然死亡襯托了地球的生生不息。從某種意義上說(shuō)，火星是死去的“另一個(gè)地球”，也是人類認(rèn)識(shí)地球的一面鏡子。但即便經(jīng)歷了61年的探索，火星仍然隱藏著許多奧秘。前文所述的各種火星故事，許多還停留在科學(xué)猜想的層面等待著人們?nèi)ダ^續(xù)探索、繼續(xù)驗(yàn)證、繼續(xù)去偽存真。

而這些探索不應(yīng)也不會(huì)缺少中國(guó)科學(xué)家的身影，剛剛登陸的天問(wèn)一號(hào)探測(cè)器和祝融號(hào)火星車將是他們的眼睛和耳朵。在未來(lái)的數(shù)十乃至上百年里，火星的秘密終將被人類破譯，火星的地表終將被人類親自拜訪。它的過(guò)去、現(xiàn)今和將來(lái)，它的物產(chǎn)、風(fēng)景和可能存在的生命都將被拉進(jìn)人類的視野，成就一段屬于宇宙時(shí)代的浪漫。

2020年7月23日天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器發(fā)射