簡單瞭解下火星大氣層

火星的大氣層主要成分是二氧化碳。火星表面的平均大氣壓約為600帕，地球平均海平面氣壓約為101.3千帕。其範圍從最低的奧林帕斯山頂的30帕斯卡到最高超過1155帕斯卡的希臘平原低點。這種壓力遠低於未受保護人體的阿姆斯壯極限。火星的大氣質量約為25萬億噸，而地球約為5148萬億噸；火星大氣層的高度約為11.1公里，而地球大氣層高度約為8.5公里。

火星大氣由大約96%的二氧化碳、1.9%的氬、1.9%的氮和微量的自由氧、一氧化碳、水和甲烷等氣體組成，平均摩爾質量為43.34g/mol。自從2003年檢測到甲烷的痕跡以來，人們對其組成成分又重新產生了興趣，這些痕跡可能表明生命的存在，但也可能是由行星化學過程、火山活動或熱液活動產生的。

大氣中塵土飛揚，從表面看火星天空呈淺棕色或橙紅色；來自火星探測車的資料表明懸浮粒子的直徑約為1.5微米。

引力束縛影響大氣層

一般來講，質量的大小影響著引力的大小，我們拿金星與火星作為比較吧。金星質量是火星的7.59倍，因此引力也比火星大。由於金星大氣層溫度高，分子動能也就高，但是引力的束縛也很大，引力的大小也影響了分子的逃逸速度，金星的逃逸速度約為10.36 km/s，而火星只有5.03 km/s。所以可以看出稍微給火星大氣分子一點能量，就可以逃逸出去，而金星則是它的2倍。雖然太陽風的帶電粒子撞擊大氣層中的分子，會給予能量，讓分子具有更高的速度，但是帶電的高能粒子只能給予部分能量，然後會撞擊到其它大氣中的分子，這些分子又會傳遞給下一個，所以在能級上，越往後傳遞，能量就越弱了。再加上引力的束縛，因此大氣中的分子就流失的很少了。由於金星的引力比火星更大，因此要想和火星一樣，可有多種方法中的一種來解決，就是金星的大氣溫度必須更高，這樣分子才有動能逃出。

磁場作用影響大氣層

磁場薄弱也會影響大氣層中空氣的流失比例，因為太陽風會“趕走”大氣層中的空氣分子。太陽風中含有大量的高能帶電粒子，行星磁場的作用，就可以偏轉這些帶電粒子，並且束縛它們沿著磁場線到達極地。如果磁場微弱了，那麼太陽風的帶電粒子就不受束縛了，直接撞向大氣層中的分子，使得分子獲得更多的能量。這樣以來，分子的動能就增加了，速度也就增加了。由於火星的逃逸速度低，所以一旦到達這個速度，那麼分子就“逃出”了火星的引力，“跑到”外太空去了。

根據推論，火星大約在45億年前遭到冥王星大小般的天體撞擊，而後形成了火衛一和火衛二，從而導致了核心熱能向地幔移動，進而內部的攪拌逐漸停止，無法以“發電機理論”持續對流生成磁場。由於火星的體積和質量都比地球小，所以其相對錶面積與體積反比較大，因此火星核心也冷卻得比地球的快，地質活動變慢，磁場和板塊運動逐漸消失。太陽風帶電粒子帶走大氣分子使得大氣變薄導致氣壓偏低，而造成液態水在低溫就會沸騰、無法穩定存在。

雖然火星沒有構造全球磁場的直接證據，但是觀測資料表明，火星的部分地殼已經被磁化了，這表明過去曾發生過偶極場交替極性反轉。古地磁學中的磁敏感礦物與在地球洋底上發現的交錯帶相似。在1999年發表並於2005年10月（在火星全球勘測者的幫助下）重新檢驗的一個理論指出：這些帶表明40億年前，在行星發電機停止運轉和地球磁場消失之前，火星上存在板塊構造活動。

在1994年，歐洲航天局的火星快車號在南半球發現了一種來自“磁傘”的紫外線。這表明火星沒有一個可以引導帶電粒子進入大氣層的全球磁場。火星有多個傘形磁場，主要分佈在南半球，這是幾十億年前退化的全球磁場的殘餘物。

其它原因影響大氣層

除了上述原因外，還有火星自身的原因。火星的地核被矽酸鹽地幔所包圍著，形成了行星上許多構造和火山特徵，但它看起來是休眠的。要知道火山活動會釋放大量氣體到大氣中，但是目前尚無證據顯示最近的火星有熱點在活動。火星最後的火山活動可能是由奧林帕斯山造成的，因此，現在要在火星上找到活動的火山可能性相當低。沒有火山活動，就會導致沒有氣體的補充，所以大氣空氣分子流失比列就會更大。

從前火星有發生火山爆發才產生稀薄大氣層，火星也有其它原因，也能產生火星大氣層稀薄大氣層。火星稀薄大氣層也會被太陽風吹走。火星上大氣層稀薄氣流運動，也導致火星沙塵暴。

火星的大氣比我想象的還要稀薄，沒有大氣帶來的風雨洗刷的星球表面，遍佈了大量的撞擊坑。

火星每年的沙塵暴就是風帶來的，沙塵暴會洗刷火星表面，然而火星大氣分子密度低，大氣分子壓力極小，所以看似猛烈的沙塵暴其實對人類來說僅僅只是微風，而這種塵暴會造成火星能見度極低。

火星的撞擊坑是40億年前木星向內運動把柯伊伯帶的天體帶來的證據，而火星過去的海洋實際上衝刷了更多的撞擊痕跡，不然你會看到跟月球類似的景象。

如果地球仍然保持40億年前的樣貌，比月球好不了多少，撞擊坑密度，只是地球地殼變化，生物活動，大氣迴圈等等改變了這一切。

火星與金星、地球一樣，也是處於太陽系“宜居帶”內的行星。遙遠的過去，那裡也有厚實的大氣層，有液態水的江河潮海，也許也曾孕育過生命。但如今火星的液態水都不見了，大氣層也變得稀薄，表面氣壓只剩500多帕斯卡，而地球是多少？10萬帕。

火星大氣變得稀薄有很多解釋，但仔細思考一下我們可以發現，這些解釋都是一個共同的根源問題造成的——火星太小了。

在地球大氣層頂端，483公里以上高度的地方被稱為逸散層。這裡空氣非常稀薄，卻集中著地球大氣中最輕的一些元素，如氫、氦等。據估算，每天都會有100-200噸的氣體從這裡擺脫地球引力的束縛，進入太空之中。

火星大氣也會發生逸散。上面說過，質量不足使火星的引力僅為地球的1/3，它根本無法束縛住大多數輕飄飄的氣體分子。所以，火星大氣的逸散比地球嚴重得多，可以說它整個大氣層都相當於逸散層。

當然，它也不是誰都留不住。火星那點兒引力只能有效束縛住密度很大的二氧化碳，這就是火星大氣層中絕大多數（96%）都是二氧化碳的原因了。

地球內部蘊藏著大量的熱能，使外地核一直保持著熔融狀態。這些熱能來源於地球形成初期的遺存、月球引力潮汐、地核放射性元素衰變等途徑。火星也曾經有熾熱的核心，並用核心熱能創造了太陽系最大、最高的火山——奧林匹斯山。但因為體積只有地球的15%，火星沒法有效儲存這些熱能。同時出鍋的一顆肉丸和一顆紅燒獅子頭，肯定是肉丸先涼嘛。

全球磁場的消失，進一步加速了火星大氣層的逸散。在太陽高速粒子流的衝擊下，火星大氣會形成一個電場，使帶電的氣體原子加速，獲得更大動能，從而逃離火星引力的控制，進入到太空之中。

多說一句，火星的一些山脈附近仍然有一些很弱的區域性磁場，這是由山脈中被磁化的礦物提供的。所以，人類曾在火星上空觀測到零星紅色的“極光”，為什麼加引導？因為沒有全球磁場，它們並不是發生在兩極區域的。

如果不能增加火星的質量以提升引力，如果不能重啟火星的核心以製造磁場，這些方法造成的改變根本維持不了多久。水會被蒸發，然後電離成氫和氧被太陽風“吹”入太空；生物製造的氧會被火星表面沉重的二氧化碳擠到高空，最終逸散出去。全白忙活。

人類要想移民火星，要麼住在地下熔岩管道里，要麼建設地下城，要麼建設穹頂基地。在可預見的未來，將整個火星永久地球化的可能性並不高。

造成火星大氣層稀薄的原因主要是因為太陽風暴。

自從 50 多年前水手 4 號在火星上飛行以來，科學家們已經理解這顆紅色星球是一個寒冷乾燥的世界。現在他們知道原因了。在查看了美國宇航局的MAVEN飛船收集的前六個月的資料後，該飛船被送往火星監測其高層大氣，科學家說，太陽風已經帶走了大部分的二氧化碳和氧氣。

科學家認為，火星的大氣層是如此微不足道，因為這顆行星在大約 40億年前失去了它的磁層。磁層會將太陽風引導到行星周圍。沒有一個，太陽風直接與電離層相互作用，剝離原子，降低大氣的密度。當這些電離粒子在火星後面的太空中試驗時，被多個航天器探測到。