登陆火星，我们会看到什么？

本文曾于今年4月刊出

现根据最新进展修订并重发

2021年5月15日7时18分

中国火星探测器天问一号

正式着陆火星地表

它携带的祝融号火星车

即将开启一段全新的旅程

（“祝融号”火星车登陆示意图，制图@郑艺/星球研究所）

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它们不但寄托着

中国人的星际探索梦想

还把人类持续了61年的火星探索

推向了新的高度

（1960-2021人类火星探测任务汇总，制图@王申雯/星球研究所）

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这些探索

已经让火星的面貌

变得逐渐清晰

火星与地球几乎同时诞生

形同姊妹

似乎有机会成为“另一个地球”

但如今

地球生机勃勃、活力四射

火星却寒冷干燥、满目荒凉

成了一个近乎死去的世界

（2021年3月毅力号火星车拍摄的火星地表，图源@NASA）

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火星上

究竟发生了什么？

为何变成了死去的“另一个地球”

天问一号探测器和祝融号火星车

又将在火星探索什么？

（夜空中的火星，摄影师@Tea-tia）

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01

碰撞时代

大约46亿年前

年幼的太阳系里

尘埃微粒正在聚集

无数石块、星子、行星胚胎横冲直撞

结合成更大的岩石星球

原始火星

就这样诞生了

（火星在太阳系中位置示意，行星间相对位置有调整，标注@郑伯容&汉青/星球研究所）

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紧接着

至少44.8亿年前

另一个行星胚胎与原始火星相撞

火星的样貌从此大为改变

（火星全球影像，图中的大型沟壑地貌为水手大峡谷，图源@NASA）

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撞击引起了剧烈的岩浆活动

使得火星地势

南高北低

南半球以高原地形为主

地壳较厚

北半球以平原地形为主

地壳较薄

人们称之为“地壳二分性”

（请横屏观看，火星地形示意图，火星“海拔”的起点是火星大地水准面，是一个人为定义的曲面；在地球上，海洋的大地水准面与海平面重合，制图@郑艺/星球研究所 ）

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此后

一系列大规模撞击事件

仍然持续不休

又在南高北低的大背景上

制造出一系列巨型撞击坑

在北半球

若干个巨型撞击坑彼此相近

碰撞产生的熔岩首先在坑底冷却

然后又被泥砂石块逐渐填平

融合成规模惊人的

北方大平原

（火星北半球地形示意图，制图@郑艺/星球研究所）

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而在火星南半球

大小不一的撞击坑遍布地表

看起来伤痕累累

（火星南半球地形示意图，可见密集的撞击坑，制图@郑艺/星球研究所）

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我们能在地球上得见的撞击坑

往往非常“新鲜”

而稍稍假以时日

它们同样会被快速“磨平”

（请横屏观看，巴林杰撞击坑，形成于约5万年前，直径仅有1.19km，图源@视觉中国）

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正是这两种力量的强弱差异

改变了地球和火星的面貌

在火星的大部分历史中

地质运动和雨雪风霜并不活跃

不仅使40多亿年前的巨型撞击坑得以幸存

更使为数众多的中小撞击坑一并保留

（火星维多利亚撞击坑，直径约800m，机遇号火星车曾在此工作，图源@NASA）

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与地球活火山周围

一边流动一边冷却的熔岩

有着类似的外观

（夏威夷熔岩流表面的绳状外观，规模小于上图火星地表的绳状结构，但二者成因类似，图源@视觉中国）

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当熔岩的表面逐渐冷却

转入地下的管道流动

还会在火星上形成

庞大的地下洞穴体系

极易坍塌成线性峡谷或连续坑洞

（火山熔岩管道形成过程示意，制图@王申雯/星球研究所）

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由此产生了蠕虫一般的坑道

或线性排列的椭圆坑洞

广泛分布在火山四周

（火星奥林匹斯山附近的熔岩管道，不同时期喷发产生的管道彼此叠加、切割，坍塌成断续的坑道，原图为黑白照片且无比例尺，图源@NASA）

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而在地球上

冰岛、夏威夷等地

也常见类似的火山熔岩管道

（冰岛的古代熔岩管道，地表可见熔岩冷却留下的柱状节理，管道顶部已局部坍塌，图源@视觉中国）

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（意大利埃特纳火山喷发后的烟柱，火山喷发不仅产生大量的火山灰，也会将巨量的水蒸汽释放出来，图源@视觉中国）

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在地球的砂岩地层里

记录岩石身世的纹理十分常见

如丹霞地貌的砂岩山体中

常可以找到古代河流留下的纹理

（乐山大佛砂岩交错层理示意，乐山大佛开凿于丹霞山体上，砂岩里可见密集的交错层理，它们是流水堆积砂粒产生的痕迹，摄影师@李琼，标注@云舞空城&汉青/星球研究所）

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就这样

人们根据对地球地貌的认识

与火星的地表现象进行对比

推演出属于火星流水时代的

溪流汇聚、江河奔涌、波涛拍岸

大约40亿多年前的火星

雨水在高地汇聚

经过树枝一般的溪流网络

汇聚成主河道

（陶马西高地南侧的瓦伊格谷河道系统，制图@郑艺/星球研究所）

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河流裹挟泥沙继续流淌

在火星高地上切割出壮观的峡谷

长度动辄达到数千千米

深度亦常有数千米

（水手谷和卡塞谷地形示意图，部分学者认为，卡塞谷可能由熔岩而非液态水流动产生，制图@郑艺/星球研究所）

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当河流流出高地

来到地势低平的平原区后

它们开始在大地上蜿蜒

留下复杂多变的河曲

将泥沙堆积在河道内

它们转变为岩石后

又从强烈的风化破坏过程里幸存

在地表凸显出来

（伊奥利亚平原的古代火星曲流河道，制图@郑艺/星球研究所）

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九曲十八弯的外形

像极了地球上那些曲流河

（内蒙古呼伦贝尔草原莫日格勒河，它是典型的曲流河，摄影师@刘兆明）

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河流继续流淌

在一些低洼的地区汇聚

形成湖泊与海洋

泥沙则在岸边堆积成三角洲

（火星杰泽罗撞击坑边缘的三角洲，毅力号火星车正在这里寻找火星古代生命迹象，底图@ESA，标注@汉青/星球研究所）

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更多的三角洲

则分布在北方大平原周围

似乎在暗示

一个古老的火星海洋

曾占据了流水时代的北半球低地

而那些大大小小的撞击坑

则成为湖泊的所在地

（火星主要三角洲分布及可能的早期海洋分布图，制图@郑艺/星球研究所）

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但不同于地球

火星的江河湖海没有持续到今天

大约25亿年前

火星的流水时代逐渐结束

液态水逐渐冻结、消失

今天的火星上

流水几乎不复存在

只有一些残留的水冰

分布在部分撞击坑、两极冰盖和地下

（火星北极附近的克洛罗夫撞击坑中残留大量水冰，直径约82km，图源@ESA）

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究竟发生了什么？

为什么火星

经历了碰撞时代的动荡不安

经历了火山时代的烈火熔炉

经历了流水时代的奔流不息

却最终迎来了死亡？

04

死亡时代

我们或许可以从

地球与火星的地形差异中

获取一些线索

在地球上

规模巨大的洋中脊和火山链

年复一年地喷薄岩浆

将地球内部的物质不断带到地表

更新地球表面的大气、水和岩石

（印尼婆摩罗火山，印度尼西亚的群岛是板块运动产生的火山岛链，火山活动极为频繁，摄影师@Tony Wang）

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延绵数千千米的线性山脉

在地质历史中起起落落

共同见证着地球板块运动的生生不息

（太空中俯瞰喜马拉雅山脉，画面左侧为中国方向，右侧为印度方向，图源@NASA）

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但在现代火星上

人们几乎找不到类似的地貌

这里的火山分布零散

缺乏线性的火山链和洋中脊

就连线性的碰撞山脉也几乎不存在

无法证明存在活跃的板块运动

只有位于水手谷南方

延绵2000km的陶马斯高地

呈现出一定的线性特征

不排除是古代火星板块碰撞的痕迹

（火星与地球地形对比，标注了主要线性山地、火山带和洋中脊，制图@郑艺/星球研究所）

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或许在40多亿年前

火星有过短暂的局部板块运动

但它没有持续到现代

而原因可能仅仅是因为

火星的身材太过娇小

（地球与火星大小示意，底图@NASA，制图@郑伯容/星球研究所）

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沙漠开始在火星广泛出现

庞大的沙丘在地表蔓延

（火星沙丘，颜色为人工添加的假彩色，图源@NASA）

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火星的死亡时代

从距今25亿年前延续至今

整个星球的表面陷入沉寂

只有偶尔飘过的几缕白云

（火星的稀薄云层，由机遇号拍摄，图源@NASA）

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和动辄席卷全球的沙尘暴

依旧保留些许的活力

（2001年一场全球性的火星沙尘暴，给整个星球都被蒙上一层“沙雾”，由哈勃望远镜拍摄，图源@NASA）

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（冰岛极光，极光是地球磁场将部分太阳风粒子引导至两极附近后，轰击大气层产生的发光效应，摄影师@Tea-tia）

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令火山喷涌不息

（2021年3月19日起开始喷发的冰岛法格拉达尔火山，图源@视觉中国）

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令江河奔流不止

（新疆伊犁河谷，摄影师@马俊华）

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令海洋汹涌不宁

（冰岛的黑色海滩，白色浪花与黑色沙滩形成鲜明对比，黄色部位是被植被覆盖的小山，摄影师@何炜）

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原标题：《登陆火星，我们会看到什么？》

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