如果要在浩瀚的宇宙中尋找一顆與地球最相近的行星，恐怕人們首先想到的都會是火星。這兄弟倆長得太像了——同樣有高山、峽谷，同樣是四季分明，甚至連一天的長短都差不多。因此，人們探測火星的腳步從未停止。
目前，美國國家航空航天局(NASA)的火星登陸探測器“洞察”號正在美國加州范登堡空軍基地內(nèi)做發(fā)射前的最后準(zhǔn)備。此前預(yù)計(jì)“洞察號”的發(fā)射窗口在2018年5月5日開啟，預(yù)計(jì)在2018年11月26日在火星北半球的埃律西昂平原(Elysium Planitia)著陸，在火星表面工作728天(708個(gè)火星日)。
類地行星怎樣起源演化
一直以來，我們都對火星探測抱有極大的興趣。1965年水手4號火星探測器成功到達(dá)火星以來，世界各國相繼發(fā)射了40多個(gè)火星探測器。
但是，在中科院國家天文臺研究員鄭永春看來，“洞察”號與以往的火星探測器不一樣。“以往的火星探測器都是對火星表面進(jìn)行探測，‘洞察’號將會探測火星內(nèi)部，我們對火星表面的情況比較了解，對火星內(nèi)部的了解是比較少的。”鄭永春說，“火星表面，我們現(xiàn)在已經(jīng)有非常好的數(shù)據(jù)了，整個(gè)火星表面的圖像分辨率已經(jīng)達(dá)到0.3米，氣象、水流、地形、地貌、礦物等方面的信息已經(jīng)都比較清楚了。如果我們能夠知道它內(nèi)部的情況，那么對于理解其表面的情況是非常有幫助的。”
然而，“洞察”號不僅僅要完成一個(gè)火星任務(wù)，科學(xué)家們更大的興趣在于通過火星了解太陽系中包括地球在內(nèi)的類地行星的起源與演化過程。在NASA眼中，火星就像一塊他山之石，科學(xué)家希望通過對其內(nèi)部深層結(jié)構(gòu)的探測，來解決太陽系行星科學(xué)中的一個(gè)基本問題——40多億年前，太陽系中包括地球在內(nèi)的類地行星是如何形成的?
超級大峽谷是如何形成的
其實(shí)，在這顆紅色行星表面仍有很多謎吸引著科學(xué)家。
鬼斧神工的美國科羅拉多大峽谷一直令人神往。火星上也有一個(gè)很出名的大峽谷，這個(gè)巨大的峽谷長約4000公里，寬約200公里，深10公里，它就是水手大峽谷，也是太陽系內(nèi)最大的峽谷。相比之下，科羅拉多大峽谷就很“袖珍”，它的長度只有800公里，寬度只有約30公里，深度僅有1.8公里。
水手峽谷的起源至今是個(gè)謎。科學(xué)家認(rèn)為水手大峽谷的形成很可能與其西面的塔爾西斯高原的演變存在密切的關(guān)系。這里出現(xiàn)過較為活躍的火山活動，在峽谷和周圍的平原上存在連續(xù)性的熔巖流痕跡。在火星形成的第一個(gè)十億年期間，隨著塔爾西斯高原地區(qū)的隆起，以及巖漿的活動加劇，拉伸著周圍的地殼活動，最終將該地區(qū)折疊形成巨型凹槽地貌。
有的假說認(rèn)為，水手峽谷最早是幾十億年前的一道裂縫，隨著星球的冷卻而形成。在鄭永春看來，大峽谷的形成與火星內(nèi)部運(yùn)動脫不了關(guān)系。“地球上有板塊構(gòu)造，板塊的運(yùn)動形成了峽谷與山脈。火星上這么大的大峽谷如果出現(xiàn)在地球上，大多與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)。那么火星是否也會有板塊構(gòu)造?到底是什么樣的地質(zhì)構(gòu)造作用，導(dǎo)致了這么大的峽谷的形成?這很可能與火星內(nèi)部有關(guān)系。”鄭永春說。
地表的“陰陽臉”是怎么回事
科學(xué)家一直對火星南北半球間的巨大差異迷惑不解。火星的北半球地勢低平，是太陽系最平坦的地方;南半球則是充滿隕石坑和溝壑的高地。火星北半球的平均高度約比南半球“矮”約3000米。
火星上直徑大于30公里的深坑數(shù)超過3000個(gè)，其中約90%分布在南半球。北半球則存在巨型隕石坑伯勒里斯盆地。火星南北半球地貌差異巨大，構(gòu)成獨(dú)特的“陰陽臉”。鄭永春認(rèn)為，“陰陽臉”也可能與其內(nèi)部有關(guān)。
美國科學(xué)家在《自然》雜志發(fā)表文章認(rèn)為，數(shù)十億年前，小行星或彗星猛烈撞擊年輕的火星，使火星變得南高北低。不過，也有科學(xué)家認(rèn)為，最新研究成果雖然為撞擊說提供了更多論據(jù)，但仍無法完全排除其他可能，如火星自身的地質(zhì)運(yùn)動。
火星怎么弄丟了大氣層
之前的火星探測任務(wù)已經(jīng)證明，火星曾經(jīng)有過大規(guī)模的液態(tài)水，這要求當(dāng)時(shí)的火星有濃厚的二氧化碳大氣層，以實(shí)現(xiàn)保存液態(tài)水所需要的溫室效應(yīng)。但現(xiàn)在的火星只有十分稀薄的大氣層。火星到底怎么弄丟了它的大氣層一直是個(gè)謎。
2015年11月，NASA舉行發(fā)布會介紹“馬文”號探測火星大氣的重要發(fā)現(xiàn)。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽風(fēng)以每秒100克的速度在剝離火星大氣。由于火星沒有較強(qiáng)的全球內(nèi)稟磁場，無法像地球一樣形成保護(hù)自身的磁層，從而使太陽風(fēng)能夠直接與火星大氣相互作用。“馬文”號首席科學(xué)家稱：“我們已經(jīng)看到，太陽風(fēng)暴期間大氣侵蝕顯著增加，所以我們認(rèn)為幾十億年前當(dāng)太陽年輕和更加活躍時(shí)，火星大氣的損失率更高。”
鄭永春表示，火星數(shù)十億年前曾經(jīng)擁有大氣層和液態(tài)水。但如今的火星卻已生機(jī)不再。科學(xué)家推測，火星可能經(jīng)歷過重大變化。通過“馬文”號的探測，人類試圖揭開火星大氣層消失之謎。
誰帶走了火星磁場
對火星地殼被磁化的情況進(jìn)行分析后，科學(xué)家們推測，在40億年之前，剛形成不久的火星可能也曾擁有過全球性的內(nèi)稟磁場，而且其強(qiáng)度與地球磁場非常相似。不過，這個(gè)磁場存在了很短的時(shí)間后便神秘地消失了。
在解釋火星內(nèi)稟磁場消失的各種觀點(diǎn)中，最主要的一種觀點(diǎn)認(rèn)為，隨著火星核的冷卻，其中液態(tài)金屬的對流逐漸減弱，最終導(dǎo)致了磁場的消失。
然而，有學(xué)者并不認(rèn)同這種觀點(diǎn)。比如加拿大多倫多大學(xué)的賈法爾·阿爾卡尼-哈梅德認(rèn)為，當(dāng)年推動火星液態(tài)核心內(nèi)液態(tài)金屬的對流的力量并非來源于火星內(nèi)部，而是來自一顆被年輕的火星所俘獲的大型小行星。也就是說大型小行星使火星產(chǎn)生了全球性磁場。最終，在火星引力的作用下，這顆小行星與火星碰撞并解體，火星磁場也隨之消失了。但有其他學(xué)者認(rèn)為，火星是否能捕捉到一顆足以對其內(nèi)核運(yùn)動產(chǎn)生影響的大型天體，是非常值得懷疑的。
除此之外，有關(guān)火星的謎題還有很多，比如，火星大氣層的甲烷來自哪里?火星上曾經(jīng)大規(guī)模的水到哪里去了?期待“洞察”號能給我們帶來更多的答案。
