數(shù)億年以前的火星，是一個與現(xiàn)在寒冷干燥的火星相比所不一樣的星球。簡單來說，它有一個厚且溫暖的大氣層，并且地表有液態(tài)水流動，甚至可能存在過生命！火星擁有如此環(huán)境的原因是，火星與地球一樣有著由地核活動產(chǎn)生的行星磁場。然而，當(dāng)火星的磁場消失后，它的環(huán)境便發(fā)生了急劇地變化。

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數(shù)年來，科學(xué)家們都認為火星的磁場在40億年前就消失了，磁場的消失導(dǎo)致火星的大氣層被太陽風(fēng)慢慢地吹走。根據(jù)不列顛哥倫比亞大學(xué)（UBC）指導(dǎo)下的最新研究，該研究為“火星的大氣層是何時消失的”提出了新的界限。研究表明，火星磁場存在的時間與人類以往的認知相比要早，持續(xù)存在的時間要長數(shù)億年。

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研究報告詳細述說了研究人員的發(fā)現(xiàn)，這個研究由一位不列顛哥倫比亞大學(xué)（UBC）地球、海洋與大氣科學(xué)系的博士后研究生安娜?米特霍爾茲（Anna Mittelholz）指導(dǎo)下完成，被刊登在《科學(xué)發(fā)展》期刊上。行星科學(xué)協(xié)會（PSL）的高級科學(xué)家卡特琳娜?約翰遜（Catherine Johnson）和一個全球性團隊的研究人員也加入了安娜?米特霍爾茲的研究隊伍。

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圖解：在一段時間里，火星擁有一個和地球相似的磁場，它保護了火星的大氣層免于被吹走。圖源：美國航空航天局（NASA）

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像地球一樣，火星的全球磁場被認為是其地核內(nèi)部活動產(chǎn)生的發(fā)電機效應(yīng)的結(jié)果。當(dāng)?shù)睾酥械囊簯B(tài)外核環(huán)繞在固態(tài)外核周圍時，發(fā)電就會產(chǎn)生，環(huán)繞的方向與火星自轉(zhuǎn)的方向相反。不幸的是，磁場的消失導(dǎo)致火星的大氣層在隨著時間的推移下被剝落，大氣層逐漸變得像今天一樣薄。

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科學(xué)家們把這種情況歸因于火星較低的質(zhì)量和密度（相對于地球而言），這樣的結(jié)果是火星內(nèi)部冷卻的速度更迅速。它使火星的外核變成固態(tài)，從而阻礙火星的發(fā)電機效應(yīng)。同時，由于火星內(nèi)部的壓力太低以至于無法凝固，它的內(nèi)核被人們認為是處于一個液體的狀態(tài)。

過去，科學(xué)家們依靠火星地表上和地表下的磁石進行研究，以此來重新構(gòu)建火星磁場的歷史。其中，科學(xué)家們著重依靠火星上的火山巖進行研究。這種類型的巖石起源于火星的地幔，它們隨著火山運動被帶上地表或者是重新回到地表。當(dāng)巖漿暴露在地表并冷卻后，巖石內(nèi)部的礦物使巖石自身與全球磁場處于同一線條上。

科學(xué)家們在檢查完地表巖石的磁化樣本后發(fā)現(xiàn)了一個在43億和42億年前之間活躍的發(fā)電機。然而，從成形于39億年前的希臘（Hellas Basin）、阿蓋爾（Argyre Basin）和伊希地（Isidis Basin）三個大盆地中取得的巖石樣本卻讓科學(xué)家們得出這段時間沒有活躍的發(fā)電機的結(jié)論。

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不過，在分析完從美國航空航天局的火星大氣層和揮發(fā)進化的馬文號（MAVEN）軌道飛行器中獲得的新數(shù)據(jù)后，一個不同的圖像展現(xiàn)在研究團隊面前。正如米特霍爾茲在最新的不列顛哥倫比亞大學(xué)報紙所解釋的：“我們發(fā)現(xiàn)火星的發(fā)電機在45億年前（4.5GA，GA是地質(zhì)學(xué)時間單位，1GA=10億年）和37億年前已開始運作。發(fā)電機運作的時間是火星演變的一個重要部分，然而我們的發(fā)現(xiàn)遠不同于我們目前的認知。發(fā)電機會告訴我們一些關(guān)于火星的熱歷史、進化進程的知識，以及火星是如何變成今天的樣子的，這對于每一個類地行星而言，如地球、木星、金星、水星，它都是獨一無二的?！?/span>

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圖解：火星與馬文號的圖片。圖源：美國航空航天局

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過去關(guān)于火星上磁力的數(shù)據(jù)是由火星全球勘測衛(wèi)星（MGS）收集而來的，它在1999年至2006年間圍繞這顆紅色星球的軌道運行。在很大程度上，這次的NASA任務(wù)是在距離火星地表400公里（250英里）的地方進行觀察。馬文號任務(wù)在2014年開始圍繞火星軌道運轉(zhuǎn)，自從它在距離火星地表135公里(84英里)的距離運作開始，它便能夠接受到微弱的信號。 馬文號的新數(shù)據(jù)使科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一個清晰證據(jù)，這個數(shù)據(jù)是來自盧卡斯平原上熔巖流的磁場，這個熔巖形成于37億年前，熔巖流展示了火星磁場的證據(jù)。這說明火星磁場仍然存在的時間比其他地區(qū)先前提出時間要持續(xù)的更久。

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圖解：盧卡斯平原熔巖流。來源：美國航空航天局

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正如不列顛哥倫比亞大學(xué)的地球、海洋和大氣層系科學(xué)家、米特霍爾茲的學(xué)術(shù)顧問約翰遜所解釋的：“新發(fā)電機的年齡來自磁信號和年輕的熔巖流（3.7GA）的相關(guān)性。特別地，我們在熔巖流的小口上看到一個磁場信號里的洞，這個火山口穿透到流體的底部。由此我們知道這個小火山口消除了磁場信號：這告訴我們磁石存在在巖漿流中，不只是埋藏在更加深的地下。熔巖流的年齡根據(jù)火山口的年齡計算。

另外，他們注意到在星球北半球的北極盆地（Borealis Basin）上存在著一個低強度磁場。這是火星上最老的地貌之一，成形于45億年前，這個時候的火星才1億歲。這兩個發(fā)現(xiàn)說明在火星歷史上很早就存在發(fā)電機，且它持續(xù)的時間比許多科學(xué)家認為的還要長5億年。

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圖解：火星的北極盆地是位于本火星地形圖北方以藍色表示的廣大低平區(qū)域。它的橢圓形狀被火山地形（紅色中間偏左區(qū)域）破壞部分區(qū)域。來源：維基百科

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為了解釋希臘，阿蓋爾和伊希地盆地里沒有磁石的原因，研究人員提出了兩種可能。一方面，發(fā)電機有可能在盆地形成前就停止了，之后又重新啟動。另一方面，撞擊活動取代地殼運動形成了三個盆地，而地殼包含著具有強烈磁性的礦物質(zhì)。

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圖解：火星上的杰澤羅Jezero火山口是美國航空航天局的毅力（Perseverance）探測器的著陸點。來源：美國航空航天局/噴氣推進實驗室-加州理工學(xué)院（JPL-Caltech）/美國學(xué)生聯(lián)合會（ASU）

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無論如何，這些結(jié)果揭示了火星的地理歷史和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的新發(fā)現(xiàn)。正如約翰遜所解釋的：“過去，如果一個巖態(tài)行星或者月球有一個像地球一樣的全球磁場，無論是現(xiàn)在還是過去，它會告訴我們那個時候行星內(nèi)部深處的情況。而且，對37億歲的發(fā)電機的研究后的結(jié)果表明，火星的發(fā)電機可能在火星處于一個非常不同的氣候條件時期下時已經(jīng)處于運作狀態(tài)，特別是許多山谷網(wǎng)絡(luò)形成的這段時期?！?/span>

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特別的，正因馬文號有接受來自地表和靠近地表的較小地貌中提取信號的能力，使研究人員能夠去判斷該年老的巖石是來自地表還是來自埋藏在深處的地殼。無論如何，這些新的發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家們開始思考，如果他們可進行更近距離的觀察，他們可以找到什么？

畢竟，火星充滿了坑，未來的任務(wù)是更靠近的研究它們，特別是在涉及火星漫游車或者著陸氣球的地方。比如，毅力探索者將于2021年著陸在火星上，它將著陸在杰澤羅火山口，這個地方坐落在伊希地盆地的邊緣。除了尋找火星在過去有居住條件的證據(jù)（還有過去的生命，祈禱吧?。┧€可以揭示火星過去的地質(zhì)情況。 ? ? ? ?

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杰澤羅火山口位于希臘盆地的邊緣，一個大型的撞擊盆地。在這個火星軌道鐳射測高儀圖片，紫色指低海拔，紅色指高海拔。來源：美國航空航天局/噴氣推進實驗室-加州理工學(xué)院（JPL-Caltech）/美國學(xué)生聯(lián)合會（ASU）

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作者: universetoday

FY: EvaYuhuaChen

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