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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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 ）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
（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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
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）
▼
（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）
▼
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）
▼
令江河奔流不止
（新疆伊犁河谷，摄影师@马俊华）
▼
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）
▼
猜你喜欢：
我为群众办实事丨加梯进行时！这4台加装电梯成功签约的背后有不少小故事～
我为群众办实事 | 残疾人不出社区就能智慧健身
百年校史沉浸式体验，《循声探秘交大》情景剧启动
徐家汇体育公园计划于今年年底基本建成
老房有“喜”，凌云街道这个小区按下快捷键，加装电梯全覆盖丨我为群众办实事
来源：星球研究所
编辑：赵玥
转载请注明来自上海徐汇官方账号