2021年5月15日7時(shí)18分，中國火星探測器天問一號正式著陸火星地表，它攜帶的祝融號火星車即將開啟一段全新的旅程。它們不但寄托著中國人的星際探索夢想，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，人類對火星的探測任務(wù)開展了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”？天問一號探測器和祝融號火星車又將在火星探索什么？

碰撞時(shí)代

大約46億年前，年幼的太陽系里塵埃微粒正在聚集，無數(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，使得火星地勢南高北低，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)遇號火星車將在此工作

好奇號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3300km。由于面積過于巨大，登陸其上的人類探測器幾乎觀察不到任何“坑”的形態(tài)，只有一望無際的亂石荒原，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，熔巖開始從火星地下大規(guī)模噴出，宣告了火山時(shí)代的到來。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，地球最大的超級火山夏威夷島，其頂?shù)茁洳钜矁H有9300米，依然相形見絀。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轉(zhuǎn)入地下的管道流動，還會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?；鹕饺蹘r管道順坡而下向山腳的平原延伸開來，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。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。

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年以來在蓋爾撞擊坑里探測的好奇號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)對地球地貌的認(rèn)識與火星的地表現(xiàn)象進(jìn)行對比，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)過樹枝一般的溪流網(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，長度動輒達(dá)到數(shù)千千米，深度亦常有數(shù)千米。

當(dāng)河流流出高地來到地勢低平的平原區(qū)后，它們開始在大地上蜿蜒，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)化破壞過程里幸存，在地表凸顯出來。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，共同見證著地球板塊運(yùn)動的生生不息。

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，無法證明存在活躍的板塊運(yùn)動。

或許在40多億年前，火星有過短暫的局部板塊運(yùn)動，但它沒有持續(xù)到現(xiàn)代。而原因可能僅僅是因?yàn)榛鹦堑纳聿奶^嬌小。在冰冷浩渺的宇宙中，嬌小的火星既無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，以至于無法支持活躍的板塊運(yùn)動。這一差異改變了兩顆星球后來的歷史。由于缺少板塊運(yùn)動帶來的劇烈地質(zhì)運(yùn)動，火星的地表遠(yuǎn)不如地球這般活躍，古老的撞擊坑得以長期存在，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，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，火星的全球磁場逐漸消失，太陽風(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)間來到距今約30億年前，火星的巨型火山活動漸漸減弱，內(nèi)部物質(zhì)難以來到地表，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，也會很快被太陽風(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，只有偶爾飄過的幾縷白云和動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)行對比時(shí)，才體會到地球的與眾不同。地球有著足夠大的身軀、至今仍維持著活躍的地核運(yùn)動、產(chǎn)生出強(qiáng)大的磁場保護(hù)著大氣層不受太陽風(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，在超過36億年的時(shí)間里維持著生生不息的板塊運(yùn)動，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，令地球成為人類無與倫比的家園，更成為整個(gè)太陽系中獨(dú)一無二的藍(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，火星是死去的“另一個(gè)地球”，也是人類認(rèn)識地球的一面鏡子。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)也不會缺少中國科學(xué)家的身影，剛剛登陸的天問一號探測器和祝融號火星車將是他們的眼睛和耳朵。在未來的數(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。它的過去、現(xiàn)今和將來，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日天問一號火星探測器發(fā)射