这就是为什么火星是红色和死气沉沉，而地球是蓝色和生机盎然。
终于，科学家知道了为什么两颗最宜居的行星有着迥然的命运。
想象一下我们太阳系刚诞生时的情景，那是在数十亿年前了。当时太阳比现在更冷、更暗，但是（至少）有两颗行星——地球和火星——它们表面的大部分地区被液态水所覆盖。由于存在包括二氧化碳在内的大量温室气体，两个星球都没有变成冰雪世界。甚至在二者的海洋之中，已经开始有最原始的生命形态存在，并且正在为光明而宜居的未来打基础。
火星和地球，从规模上看，地球比我们的红邻居要大得多，对生命更友好。火星，这颗红色的行星，没有磁场来保护它不受太阳风的侵袭，这意味着它可能会以地球没有的方式失去大气层。(美国航天局)
在过去的几十亿年中，两颗行星都经历了巨大的变化。由于一些奇妙的原因，使得地球变得富含氧气、温度适宜、并且亲眼目睹了生物大爆炸，而火星却简单地完全死了，海洋和大气消失，没有发现生命迹象。两个相似的星球却有着不同的遭遇，这其中定有缘由。科学家经过了几十年艰苦卓绝的研究，终于解开了谜团。
三叶虫石灰岩化石，来自芝加哥菲尔德博物馆。所有存在至今或早已石化的生物都可以追溯到一个生活在距今大约35亿年前的共同祖先身上。在过去的5.5亿年间发生的大多数事件都被保存和记录在地球沉积岩的化石之中。（JAMES ST. JOHN / FLICKR）
地球的一个绝妙特点就是生命的历史被写在了化石的档案里。千百万年的沉积物被保存在陆地上、海洋中，各种各样的生物在其中留下了它们的痕迹。
地球上所有的沉积岩中有大约10%是石灰岩，其组成成分经常含有海洋生物的遗骸，例如珊瑚、阿米巴原虫、海藻、浮游生物以及软体动物。石灰岩主要由碳酸钙组成，当然也会有镁和硅的存在。
白垩纪-古近纪地层间有着十分明显独特的界线。就是这样薄薄的一层火山灰以及它的元素组成，告诉我们造成生物大灭绝事件是陨星。地球表面覆盖着数百米深的沉积岩，其中10%都是石灰岩。
“碳酸盐”的成分是所有石灰岩及沉积于海洋的矿石（例如富含镁的白云岩）共有的。大气中二氧化碳的存在造就了这些碳酸盐岩石：大气中的气体CO2被海洋吸收直至达到一个平衡点，溶于海洋的二氧化碳与水中的各类矿物（例如钙、镁等）结合，它们形成晶粒或者化学沉淀物，然后被沉积在海底，最终形成了沉积岩。
我们在地球上发现的石灰岩既有生物来源，也有地球化学来源，这使得它成为地球表面最丰富的岩石之一。一般认为，地球上绝大多数早期的二氧化碳大气最终都形成于地表的石灰岩中。
季节性的冰冻湖泊遍布了火星，表明其表面存在着水（非液体）。这只是证明火星曾经拥有大量水的众多证据之一。(ESA/DLR/FU BERLIN (G. NEUKUM))
大量的证据表明，火星曾是一个水世界。季节性的冰层不仅存在于两极，而且还广泛分布于火星表面的众多盆地和陨石坑中。一个个U字形的干涸的河床——就像在地球上那样——“流”过大地。在这颗红色星球上，有大量证据表明古代水流进入了巨大的海洋盆地，甚至可能包括潮汐韵律。
这些特点虽然证明了火星在远古时代拥有大量液态水，但是现在的火星可完全不是这样的。现在的火星大气层稀薄的可怜，以至于在火星上的大多数地方，纯净、无污染的液态水实际上是不可能存在的。而微弱的大气压也无法支持液态H2O的存在。
这些在火星上发现的弯曲成U形的地理特征形成于淙淙徐流接近干涸的阶段。只有自由流动的液态水才能造就如此地形，而冰川流动、风蚀或者其他任何方式都是不可能的。(NASA / MARS GLOBAL SURVEYOR)
早在在火星车登陆前，火星曾经拥有大量水的证据已经十分充足了。但是当我们真正地去探索火星表面时，证据就变得过于有力以至于无法忽视了。机遇号火星探测车发现的球形赤铁矿石几乎就此几乎盖棺定论，特别是人们认为有一些赤铁矿小球体间的彼此连接只能在有液态水存在的情况下形成。
因为火星曾经拥有类似于地球一般充满CO2的大气层，科学家们猜测其表面也会存在着石灰岩和其他一些碳酸盐岩石。但是实际上并没有被北欧海盗火星探测器、旅居者火星车、勇气号火星探测器、机遇号火星探测车所发现。
机遇号探测器在火星上发现了赤铁矿的小球。虽然有形成这些物质的机理，但并不一定会涉及到液态水，甚至在理论上也没有已知的机理可以让他们不经过液态就熔合在一起（就像发现的那样）。（美国国家航空航天局，喷气推进实验室，康奈尔大学，美国地质勘探局）
直到凤凰号火星着陆器到达时才发现一些碳酸钙，甚至是少量的碳氢化合物：可能是由最后阶段蒸发的水体产生的。 火星上没有任何类似与地球上数百米（甚至超过一公里）的碳酸盐岩。
这让研究火星的科学家们赶到非常困惑，大概20年前，人们普遍认为火星会像地球一样失去二氧化碳即流向海洋并在碳酸盐岩中沉积。但实际发现并不是如此。事实上，除了碳酸盐岩，他们还发现了另一种同样令人惊讶的东西:富含硫的矿物质。特别是机遇号发现的黄钾铁矾彻底改变了故事。
圣文森特角，这里用指定的颜色显示，是维多利亚陨石坑边缘众多这样的海角之一。这些分层的地层为火星沉积岩的历史提供了证据，这也暗示了过去液态水的存在。机遇号发现的这种矿物黄钾铁矾，这对火星地质来说是改变游戏规则的因素。
这使科学家能够从地球上描绘出完全不同的火星图像。 在地球上，我们的海洋几乎是pH显中性的，这非常有利于碳酸盐岩沉淀出来。 即使在富含二氧化碳的环境中，碳酸仍会导致pH值高到足以使碳酸盐沉淀出来，导致在地球表面许多发现石灰岩和白云岩。
但硫极大地改变了故事。如果早期的火星大气层不仅富含二氧化碳，还富含二氧化硫，那么它的地表水就不是受到碳酸的影响，而是受到硫酸的影响，硫酸是化学中最强的酸之一。如果海洋有足够的酸性，它可能会对地球上发生的事情产生相反的反应：把碳酸盐从陆地上吸到海洋中，留下富含硫的沉积物。
佩森岭，如图所示，是机遇号在火星上偶然发现的一个特征，它的起源至今仍无法解释。在火星上发现的许多岩石矿床都含有硫，而相对较少的含有碳。这是多年来火星表面最大的谜团之一。
这将解释火星的海洋和表面化学，但也意味着我们需要一个完全不同的机制来解释火星大气层的去向。虽然地球大气层的很大一部分最终进入了地球本身，但这种解释并不适合于火星。
也许大气层不是“下降”，而是“上升”，进入了太空深处。
也许火星就像地球一样，曾经有磁场保护它免受太阳风的侵袭。但是，火星直径只有地球的一半，且地核密度较低、体积较小，火星的冷却程度可能足以使它的磁力发电机安静下来。也许这是一个转折点：没有它的保护磁屏蔽，就没有任何东西可以保护大气层免受来自太阳的粒子的冲击。
太阳风以球形的方式从太阳向外辐射，让太阳系中每一个星球的大气层都有被剥离的危险。虽然地球的磁场今天很活跃，保护我们的星球不受这些移动粒子的影响，但在今天火星已经不再有磁场，甚至也在不断地失去大气层。
这是对的吗？这真的是火星失去大气层的原因吗？它剥夺了火星表面有液态水的能力，并使它变得寒冷、稀疏和贫瘠？
这就是NASA MAVEN任务的全部目的。MAVEN的目标是测量今天火星太阳风吹散大气层的速度，并推断出其整个历史上的速度。太阳风是强大的，但是像二氧化碳这样的分子有很大的分子量，这意味着很难让它们上升到逃逸速度。磁场的丧失加上太阳风的作用，能否提供一种可行的机制，将火星从一个表面有液态水的大气层丰富的世界转变为我们今天所知的火星？
在没有磁场的保护下，太阳风不断地撞击火星大气，导致火星大气层中的一部分粒子被吹走。如果我们今天给火星注入类似地球的大气层，太阳风会在数千万年内将火星的密度降低到现在的水平。
MAVEN看到的是，火星平均每秒钟损失约100克(四分之一磅)大气到太空。发生耀斑时，太阳风变得比平常强烈得多，上升到通常值的20倍左右。然而，当大气密度大得多时，同样水平的太阳风会更快地将其吹走。
没与任何太阳风的保护，仅仅1亿年的时间尺度就足以改变一个火星大小的世界，从拥有类似地球的大气层到类似于我们在当今火星上所发现的大气层。经过十亿年的时间，液态水在火星表面自由地沉淀和流动，一小片宇宙历史足以将火星适宜居住的前景完全摧毁。
机遇号探测器在火星上发现了赤铁矿球和小球体。也许它们的形成无须液态水，但目前已知的形成机制或理论没有液态水赤铁矿球和小球体无法形成。
在凤凰号火星探测器登陆火星之前，没有任何一丢丢赤铁矿球和小球体被发现。那些赤铁矿球和小球体极有可能是在水体蒸发前最后一个阶段形成的。与火星相距数百米（甚至上千米之外）的地球上的盐岩相比，没有像在火星上存在的那样。
这现象让研究火星的科学家们感觉非常困惑。也许在20多年前，绝大部分人认为火星上的二氧化碳消失的方式与在地球上一样：消失到大海然后在盐岩上积存。但探测器发现的并非如此。事实上，虽然没有发现二氧化碳，但令人很惊喜的是探测器发现了另外的物质：硫酸丰富的矿物质。特别是机遇号探测器发现了铁矾石，让这次探测之旅意义非凡。
圣文森特岬角，以特定的颜色标注，是维多利亚火山边缘众多的岬角之一。地表的不同分层证明了火星上曾有沉积岩，这也暗示了过去曾存在液态水。机遇号探测器发现了铁矾石是火星地质学研究中的转折点。这使科学家们描绘了一幅完全不同于地球的火星图象。地球上，我们的海洋的pH值近乎于中性，这极有利于碳酸盐岩沉淀出来。即使在富含二氧化碳的环境里，碳酸也可以导致碳酸值提升至碳酸盐沉淀出来，从而形成遍布地球表面的石灰石和白云石。
但硫酸很大程度上改变了事情的发展。如果早期火星的大气层不仅含有二氧化碳而且还含有二氧化硫，那么火星的地表水不是受碳酸影响，而是受硫酸影响：硫酸是所有化学反应中最强的酸之一。如果海洋的酸性足够的话，它可能会产生与在地球上产生的截然相反的反应：把二氧化碳从地表吸出来然后注入海洋，使那里有富含硫酸的沉淀物。
这里显示的佩森岭是一个由机遇号探测器发现的火星特征，其起源至今仍无法解释。在火星上发现的许多岩石沉积物都含有硫，而碳含量相对较少。这是多年来火星表面的一大谜团。
这将可以解释海洋和火星地表的化学成分，但意味着我们需要一套完全不同的机制去解释火星上的大气层去哪里了。相对于地球大气层的大部分气体留存在地球，这样的解释对于火星来说是行不通的。
与其说是“下沉”了，也许火星的大气层“提升”到宇宙中去了。
也话火星，极其像地球，曾经有磁场来阻挡太阳风。但只是地球半径的一半以及在更低密度更小的地核里。也话火星足够冷以致于活跃的磁场变得不活跃了。也许这是个转折点：没有了防御性的磁场，没有任何东西可以保护大气层免受太阳风的袭击。
太阳风从太阳呈球状向外辐射，使我们太阳系中的每一个星球都有被剥夺大气层的危险。虽然地球的磁场至今仍活跃，保护我们的星球不受这些移动粒子的影响，但火星已经没有磁场了，至今它仍在不断地失去大气层。
这样的解释对吗？这确实是导致火星失去了大气层，使火星的表面无法产生液态水，让其变得寒冷、稀疏和贫瘠吗？
这是美国国家航空航天局MAVEN任务的总体目标。MAVEN任务的目标是测量如今火星上的大气层被太阳风剥离的速度并由此推断以往的速度。太阳风威力很强大，但像二氧化碳分子的质量大，意味着它们很难逃脱地心引力。那磁场的消失和太阳风能否提供一个可行的机制把火星从富含大气和液态水的球体变成今天我们所了解的火星呢？
没有活跃磁场的保护，太阳风不断地袭击火星的大气层，导致部分组成大气层的粒子消失。如果我们把如今的火星与类似于地球的大气层融合，太阳风可仅用数千万年即可把它降回如今的密度。MAVEN任务测量到火星平均每秒100克（1/4磅）的大气逃逸到太空。在耀斑事件中，太阳风比平常强大很多，是正常值的20倍左右。然而，当大气层的密度更大时，同等的太阳风可以把大气剥离得更快。
仅需1亿年的时间足以把火星大小的星球在没有任何太阳风的保护下从有像地球那样的大气层转变为如今我们在火星上看到的情况一样。也许10亿年后随着液态水不断渗透和在火星表面流动，戏剧性的历史进程足以把火星宜居前景给摧毁。
火星和地球早期的大气层都很厚重、质量巨大和富含二氧化碳。当地球上的二氧化碳被吸收到海洋里并锁在碳酸盐岩中时，火星却无法做到，因为它的海洋酸性太浓。二氧化硫的存在导致火星的海洋富含硫酸。这就是我们用火星探测器和着陆器发现的火星地质，并指出另一个原因—太阳风—作为火星大气层神秘消失的罪魁祸首。
得益于美国航空航天局MAVEN任务，我们证实了这个确实是火星的实际情况。大约40亿年前，火星的核心部分变得不活跃，它的磁场消失，太阳风把它的大气层给剥离了。拥有完好无缺的磁场，地球在可预见的未来仍将有蓝天并生机盎然。但对于更小的球体如火星，它们早已不复存在。最终，我们弄懂了原因。
1.Wikipedia百科全书
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