大約40億年前，火星是溫暖的。在一層厚厚大氣的覆蓋下，水在火星表面上匯聚成江河湖海。然而，接下來，某種大災難就發生了。起到保溫作用的火星大氣層幾乎消失殆盡。這顆紅色行星被暴露在殘酷的太空環境中，變成了今天這樣一片乾旱而又嚴寒的廢土。

直到不久前，失蹤的火星大氣還困擾著科學家——到底它是失散在了太空裡，還是被火星的地殼給吸收了？如今，NASA的MAVEN探測器發回的新資料，給這個問題下了一個定論。布魯斯·揚可夫斯基（Bruce Jakowski）和MAVEN研究團隊的其他科學家透過計算發現，火星的絕大多數大氣都是被太陽風吹散的。

如今，火星寒冷而乾燥，大氣極為稀薄，而在40億年前，火星曾經溫暖而潮溼，有著厚厚的大氣。來自MAVEN火星探測器的資料，揭開了大部分火星大氣消失的過程。圖片來源：NASA"s Goddard Space Flight Center

此前科學家就已經知道，即使是在今天，火星也仍有一部分大氣會失散在太空裡，但這些新發現給這一過程在火星整個演化歷史上所起作用的重要性，首次給出了一個定量分析。

“我們的結論是，火星的絕大部分大氣都已經失散在了太空裡，而非被這顆行星鎖定在了地殼裡。”揚可夫斯基說，“就算不是主要原因，這也是大氣丟失的一個主要過程。”

MAVEN探測器對氬氣這種惰性氣體的測量，是解開這個謎題的關鍵。

太陽在持續不斷地向外發出帶電粒子流，稱為太陽風。當這些帶電粒子撞到大氣裡的氣體分子時，它們就能剝離某些分子的電子，把分子轉變成帶電荷的離子。太陽風很容易拐帶這些新產生出來的帶有電荷的離子，把它們拖入太空。或者，這些新產生的離子會撞上其他分子，就像檯球比賽裡的奮力一擊，把其他分子撞得四散奔逃。揚可人斯基說，“其中一些就被撞到太空裡去了。”

他和他的團隊知道，太陽風會優先抓取和清除較輕的分子，因為較輕的分子更有可能飄浮在大氣高層，直面太陽風的轟擊。這些研究者比較了氬-36和氬-38這兩種同位素在不同高度的火星大氣中的濃度，從而弄清了較輕的氬-36在歷史上被剝離掉了多少。

然後，他們利用這一資料建立了太陽風對火星大氣中其他型別的分子產生作用的模型。他們的計算表明，大約66%的火氣大氣在過去40億年間失散到了太空裡。

揚可夫斯基說，“碳非常複雜，因為有太多的東西可以影響它。”碳在火星大氣中的濃度取決於季節，因為二氧化碳在冬季會凍成乾冰形成極冠，在比較暖和的季節裡又昇華成為氣體。碳還會發生化學反應形成諸多分子。“氬就簡單太多了，因為一旦進入大氣，它跟誰都不反應，只會待在那裡。”

揚可夫斯基說，火星大氣消失之謎目前只算是破解了大部分。儘管大部分大氣失散在了太空裡，在大氣消失的過程中，地殼的吸收和其他過程或許仍然起到了一定的作用。

可惜的是，對於某些人，比如伊隆·馬斯克來說，這些發現可能會讓他們想做的事情變得更加困難。馬斯克曾經提出，在火星兩極的極冠上空持續不斷地引爆氫彈，從而將冰封在那裡的二氧化碳和其他溫室氣體釋放到大氣中，把火星改造得更加溫暖，更類似於地球。

如果碳只是被鎖在極冠和火星岩石中耐心地等著人類去釋放它們，把火星改造成地球可能會容易得多。不過現在看來，火星上的碳大部分已經不在了。按照揚可夫斯基的說法，剩下的碳不足以形成一個厚到能夠讓人類感覺到舒適的大氣。

“如果二氧化碳已經失散在了太空裡，在這顆行星上它就不復存在了，不可能再調動出來輸送回大氣裡了。”揚可夫斯基表示，“我們的意思是說，使用火星上現在的成分，不可能把火星改造成地球。”

不過，對伊隆·馬斯克們來說，倒也不必感到絕望。我們總有辦法帶去自己的碳。天知道，我們已經在地球上排放了多少碳到大氣裡。

先看地球大氣。

如果把地球看作一個雞蛋，那麼人類就是生活在雞蛋殼上的小小生物，這一層蛋殼就是我們接觸的地殼。這層地殼僅僅5-70千米厚，最多到地球半徑的1%左右，相比雞蛋之於雞蛋殼要薄太多。

然而事實上我們生存的區域比地殼還要薄很多，僅是薄薄的一層土壤和海洋而已。

再往上，就是大氣，航天領域把大氣的邊界界定到100千米高的卡門線，越過之後就幾乎沒有大氣成分，用以保護衛星的火箭整流罩也都在這裡被扔掉。

但實際上即便把更遠的大氣都收集在一起，大氣的含量也極少。

剝離地球上所有大氣和水後的地球醜陋不堪，但大氣和水比起地球其實就這麼點。。。。（圖源見水印）

但就這麼一點水、一些空氣，滋養了地球上所有的生物。

而到了火星，首先，空氣幾乎沒了。

在過去的幾十億年內，火星失去了幾乎所有的氧氣，氮氣，大氣密度大約是地球的1%。

氧氣和氮氣在地球大氣中佔據了近99%的比例、二氧化碳僅佔0.04%不到。相比而言火星僅剩下的二氧化碳佔據了大氣95.3%，還有2.7%的氮氣，氧氣僅有0.1%。

雖然地球上0.04%的二氧化碳就已經導致溫室效應，火星上應該更為糟糕，但無奈它的大氣密度實在太低，氣壓也只在地球的0.6%左右，近乎真空，溫室效應幾乎可以忽略不計。

這是為什麼？

如果不澆水，仙人掌也有乾涸而死的一天。

如果沒有空氣補充，行星大氣也有逐漸逃逸殆盡的一天。

所有的高溫物體都有緩慢冷卻的一天，任何一顆行星的核心也不例外，生活經驗也告訴我們一個道理：體積越大、質量越大的東西保溫效果越好，比如煮熟同一鍋鵪鶉蛋和雞蛋後放入涼水裡，鵪鶉蛋可以立即下手吃，但雞蛋還可能燙到手；更冷的北方的熊（北極熊）和老虎（東北虎）比更熱的南方的同類體積和重量更大也是這個道理。

想必你也知道意思了：只有地球15%體積、10.7%質量的火星，內部早就涼了，大規模地質活動幾乎為0。

那麼就沒辦法將地底的金屬、炭、硫、矽、氫、氧、氮等元素以火山爆發、地質運動等方式輸送至地面，沒有大氣的進一步補充，也失去了創造生命和維持生命的可能。

火星的大小也使得它一旦冷卻就陷入了幾乎不可能再次孕育生命的惡性迴圈中，很多元素的迴圈都停止下來，沒有生機。

2.沒有磁場無法抵禦太陽和宇宙的傷害

即便是仙人掌，也會想辦法減少蒸發，但如果一直暴曬而沒有夜晚，它也受不了。

如果行星空氣沒有任何保護，它自然會一直流失。

先以地球為例：地殼之下，就是更重要的地幔和地核，直達地心。這裡是超級高壓高溫的環境，所有的物質都處於熔融狀態，越重的元素-鐵和鎳-逐漸沉積到中心，溫度高達4000-6000攝氏度，它們還在不斷緩慢流動。這部分液態核心就號稱地球的發電機，因為它的能量並不來自太陽，而是來自地球形成之初時所獲取的寶貴財富。

相比於它們的高溫和緻密結構，這些鐵鎳金屬的緩慢流動為地球上所有生命帶來了最寶貴的一個財富：地球磁場。

地球磁場是地球所有生命的最終庇護 ©ESA

整個地球就象形成了一個巨大的吸鐵石，地磁南極和地磁北極之間形成了一個巨大的網路將地球包圍其中，這個網路實在太過巨大以至於可以有效保護地球周邊數萬千米處。雖然它的能量很弱，連一個普通吸鐵石的強度都不如，但在這麼一個持續了數十億年的巨大網路保護下，太陽風和各種宇宙高能射線絕大部分被阻攔在地球之外，大氣也可以穩定被保護下來。

否則如果磁場消失，不僅大氣將會被強大能量的太陽風緩慢剝離，地球上的絕大部分生命也會因為各種輻射而消失。這一切的秘訣都在於地球依然有一個強大的液態核心處於活躍狀態，它激發了地球的強大磁場。

而火星“發電機”早就停止工作了。這導致火星幾乎喪失了所有的磁場，完全不足以庇護它的大氣。

在億萬年的歷程中，太陽風不斷讓外層大氣帶上電、最後大氣不斷被剝離。分子量越小的大氣分子越容易吸收能量逃離，直到今天火星僅剩下較重的二氧化碳等分子量較大物質為主的大氣，但它們還在逃走。

3. 火星引力太弱了

小花盆，撐死能容下多少水？換成無垠的大地，是不是好很多？

一個小行星，給你磁場給你大氣，但你引力夠束縛氣體麼？

逃脫地球引力影響，你需要達到11.2千米/秒，很多大氣還能被牢牢守住。

逃脫火星引力影響，你只需要達到5.0千米/秒，還能有極其稀薄的大氣。

逃脫月球引力影響，你甚至只需要2.4千米/秒，所以就近乎真空了。

綜上，火星地質運動基本停止，失去了大氣的補充。同時自己內部涼掉，幾乎沒有磁場的保護。最後的最後，引力太弱小，面對太陽風和宇宙射線的衝擊，毫無辦法。

這很符合人類探測器從60年代到21世紀的前後研究結論對比，告訴我們：火星大氣還在進一步流失。

可以說：全面改造火星大氣，是沒有前途的。

未來人類入駐火星，只能建立完全封閉的大型基地。