火星算不算是死亡了的地球？ 第1页

火星，或许可以看作是，死去的「另一个地球」。

一个多月后，中国火星探测器「天问一号」就要正式着陆火星地表，开启一段全新的旅程。

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「天问一号」不但寄托着中国人的星际探索梦想，还要将人类持续了61年的火星探索，推向新的高度。

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这些探索，已经让火星的面貌变得愈发清晰。

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，漫天沙尘将天空染成淡淡的红色，成了一个近乎死去的世界。

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火星上究竟发生了什么？为何与地球命途迥异？我们又为何要向它不断进发？

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现在，就让我们通过这篇文章，系统地了解火星的一生。

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。

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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。

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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」。

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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。

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其中，乌托邦平原是火星上得到确认的最大撞击坑，直径超过3300km。

由于面积过于巨大，登陆其上的人类探测器几乎观察不到任何「坑」的形态，只有一望无际的乱石荒原，故而得名「平原」。

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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。

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海拉斯平原是南半球最大的撞击坑，也是火星地表最深的撞击坑，东西长度超过2500km，南北长度超过1400km，最大深度超过7300m，几乎可以「放入」整个青藏高原。

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这些巨型撞击坑主要形成于大约42-37亿年前，堪称「碰撞时代」的高潮。

但从距今37亿年起，巨型撞击坑基本停止产生，中小型撞击事件则取代它们，继续为火星地表增添疤痕。

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纵观火星的碰撞时代和随后的历史，火星上产生的撞击坑数量和规模都十分惊人。

其中，直径超过1000km的撞击坑已有5个得到确认，直径超过1km的撞击坑更是超过了38万个，远超地球。

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在地球上，人们尚未发现直径超过1000km的撞击坑。即便是6500万年前加速恐龙灭绝的希克苏鲁伯撞击事件，也仅在墨西哥湾浅海区域留下了直径约180km的撞击坑。它是地球第二大的撞击坑，但放在火星上却毫不起眼。

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而地球上已知的最大撞击坑，是位于南非的弗里德堡撞击结构，形成于20.2亿年前，原始直径仅有约300km；如果放在火星上，只能位列第三梯队。

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但这并不意味着地球比火星经历了更少的撞击事件，而是因为地球有着更活跃的地质运动和更频繁的雨雪风霜。二者早已将大量撞击坑「磨平」。

以南非的弗里德堡撞击坑为例，原本300km直径的撞击坑，在经过了20多亿年的破坏后，仅留下直径约80km的中央丘陵区，我们已无法看出它原本的规模。

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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」。

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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。

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但这些或大或小的疤痕，仅仅是碰撞对火星外表的改变，更加深远的改变发生在火星内部，撞击产生的能量，使火星内部变得活跃异常，开启了塑造火星的第二个时代。

02 火山时代

至少40亿年前，熔岩开始从火星地下大规模喷出，宣告了火山时代的到来。

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在火星的赤道附近，不断喷发的火山令熔岩在地表反复流淌，竟然形成了一个占火星表面积约25%的巨型火山高原——塔尔西斯火山高原。

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四座海拔14000m以上的巨大火山，成为高原的「中流砥柱」，其中西北部的奥林匹斯山海拔达到21229m，是太阳系中最高大的单体火山。

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它们远高于地球上任何一座山峰，即使从太平洋海底算起，地球最大的超级火山夏威夷岛，其顶底落差也仅有9300米，依然相形见绌。

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从宏观的角度，这些火山的庞大体量冠绝整个太阳系，使人类感到陌生甚至恐惧，但从微观的角度，形形色色的火星火山地貌却又与地球的火山地貌颇为相似。

在火星的熔岩平原上，熔岩一边流动一边冷却，堆积出麻绳一样的外观。

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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。

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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。

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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。

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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。

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火星的火山时代大约持续到距今30亿年前，从那之后火山喷发变得更加断断续续，规模也大为减小。

如火星北半球的埃律西昂火山区，最近的喷发可能发生在距今5.3万年前，但最令人称奇的并非它的年轻，而是它周围类似河道的地貌。

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火山熔岩管道顺坡而下，向山脚的平原延伸开来，逐渐拥有了像河流一样曲折的形态，像河流一般蜿蜒消失，似乎在暗示，火星的火山时代里还隐藏着潺潺的流水。

03 流水时代

在火星诞生之初，水分子与尘埃共同汇聚，大量的水被「封禁」在星球内部的岩石里，在碰撞时代和火山时代，岩浆将水蒸汽不断宣泄到大气，当温度稍稍下降，蒸汽凝结成雨，雨水第一次降落这颗星球，宣告了流水时代的到来。

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迄今为止，人类已经在火星上发现了许多流水时代的实物证据。

2004年，机遇号火星车发现了「小蓝莓结构」，一种由含铁矿物构成的球状结核，散落在火星撞击坑的地表。

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它们是火星古代地下水的杰作，与美国犹他州沙漠里散落遍地的「摩奇石球」有着基本相同的成因。

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在气候湿润的时期，地下水流经地下岩层，一些溶解矿物聚集沉淀，将周围的岩石颗粒粘合成结核。经过一系列化学变化后，不稳定的钙质结核转变为较稳定的铁质结核，在岩石遭受风化破坏后散落一地。

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除了古代火星地下水的实物证据，2011年以来在盖尔撞击坑里探测的好奇号火星车，还找到了许多古代火星地表水流的实物证据。不仅有被流水打磨圆润的卵石，

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还有具备特殊纹理的砂岩地层，共同记录了古代奔涌的河流。

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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。

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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。

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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。

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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。

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九曲十八弯的外形，像极了地球上那些曲流河。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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在冰冷浩渺的宇宙中，娇小的火星既无法提供足够的放射性元素，在星球内部衰变产生热量，也难以留存碰撞时代遗留的热能，内部冷却程度远甚于地球，以至于无法支持活跃的板块运动。

这一差异改变了两颗星球后来的历史。由于缺少板块运动带来的剧烈地质运动，火星的地表远不如地球这般活跃，古老的撞击坑得以长期存在，穿越40多亿年的光阴留存至今。

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由于缺少板块的横向运动，源于地幔深处的岩浆在原地喷发堆积，最终形成巨大的火星火山，而不会像地球的夏威夷火山一样，分散成一连串的火山岛。

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距今约37亿年前，或许是因为火星地核温度太低，或许是因为某次撞击事件干扰了地核，火星的全球磁场逐渐消失，太阳风得以直达火星大气层，将大气分子「吹」进太空。

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当时间来到距今约30亿年前，火星的巨型火山活动渐渐减弱，内部物质难以来到地表，大气层和地表水逐渐失去补充，在随后的岁月里，60%以上的火星大气竟因此消失。

大气愈发稀薄，气压和温度双双下降，液态水冻结在两极附近的地表和地下，偶尔升华产生的水蒸汽也会很快被太阳风破坏带走，从火星消失。

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气温继续下降，就连二氧化碳也被冻结，形成厚重的「干冰」冰盖。

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狂风在地表呼啸，卷起江河湖海沉积的泥沙，用做摧残岩石的武器。

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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。

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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，

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和动辄席卷全球的沙尘暴，依旧保留些许的活力。

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火星已经几乎死去，所有曾经的动荡与迸发的力量，都已被埋藏在时光的深处。它用自己最残破的姿态迎来了人类的探索。

05 「另一个地球」

人类的火星探索打破了火星持续数十亿年的沉寂。随着人类越发了解火星，并将火星的一生与地球的一生进行对比时，才体会到地球的与众不同。

地球有着足够大的身躯，至今仍维持着活跃的地核运动，产生出强大的磁场，保护着大气层不受太阳风侵袭，以适当的压力和温度，呵护着地表的一切。

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还有活跃的地幔运动，在超过36亿年的时间里维持着生生不息的板块运动，不断重塑地球的表面。

它令高山起落不定，

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令火山喷涌不息，

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令江河奔流不止，

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令海洋汹涌不宁，

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令地球成为人类生机勃勃的家园，更成为整个太阳系中独一无二的蓝色宝石。

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是火星的死气沉沉，衬托了地球的活力四射，是火星的黯然死亡，衬托了地球的生生不息。

从某种意义来说，地球的姊妹星，火星，是人类认识地球的一个里程碑，也是死去的「另一个地球」。

而在经历了61年的探索后，火星仍然隐藏着许多奥秘，我们已经获取的火星知识也仍有许多还是科学猜想，等待着今天的我们去继续解读、继续验证、继续与地球进行对比。

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而在火星之外，太阳系还有着众多的岩石星体，它们也是地球的兄弟姐妹，也与地球有着截然不同的演化故事。

在未来的数十乃至上百年里，人类将会继续探索它们的故事，从中挖掘出更多地球的与众不同。

只有这样，我们才能更好地理解，脚下的蓝色地球为什么是人类无与伦比的家园。

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全文完，感谢阅读。

本文创作团队

• 主笔： @云舞空城
• 编辑：所长
• 图片：潘晨霞
• 地图：郑艺
• 设计：王申雯&汉青
• 审校：牧陆

本文主要参考文献

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星球研究所，一群国家地理控，专注于探索极致世界

... The End ...

从行星演化的角度来看，火星实际上是早夭的地球。

一、形成

无论是火星还是地球，它们形成的原因和过程都是很相似的：大约50亿年前左右，太阳系中只有一团炽热的星云物质（也有理论说是冷的星云物质，我们不考虑这些争议，只讨论大致的行星演化过程），这团物质中的绝大部分物质（比如氢元素）都来自一团星际云，另外一些重元素则来自于上一代恒星爆炸后抛飞出来，它们构成了原始的太阳星云。在星云形成之后，它开始绕着中心旋转，其中99%的物质都汇聚在中央并点燃核聚变（因为中央处温度和压力极大）形成了太阳，剩下的1%的物质围绕着太阳运动，这些物质就是整个太阳系内所有大小行星的起源。

在这些物质围绕太阳运动的过程中，会冷却凝聚行星小的固体物质，一般被称为星子。太阳释放的光和热对星子造成了分选：离太阳近，温度高，离太阳远温度低，所以在离太阳近的地方保存的都是耐高温的含铁量高的星子，远一点的地方则是不那么耐高温的石质星子，再远一点就是那些完全不耐热的水、冰、气态星子。

随后，星云物质们开始冷却形成液态小颗粒，液态小颗粒又继续冷却形成固态小颗粒，固态小颗粒继续碰撞，就好像贪食蛇那样，大的吃小的，越长越大，变成无数颗小行星。小行星们继续碰撞，于是就变成了八大行星。也正是这样，我们的太阳系的八大行星基本上都是沿着相同的轨道面围绕太阳运动，而且离太阳近的地方是水、金、地、火四颗岩石行星，离太阳远的地方是木、土、天、海四颗气态行星，而且它们的密度大体上是逐渐降低的（并不是严格降低，原因请见 @昙花再现 的回答为什么土星的密度那么小，只有其他巨行星的一半？）。

所以，实际上从这个角度来看，火星和地球的形成过程是没有什么差别的。但是它们的命运实际上是由出生地决定的：地球靠太阳更近，因而含铁物质更多，岩质物质也更多，火星因为远离太阳，铁质物质少，岩质物质也少，同时又因为邻近木星，木星的大引力可能阻挡了火星吸收更多岩质物质，因而火星要比地球小很多。

二、演变

岩质行星在形成最初，如果体积大到一定程度以后，最开始基本上都是岩浆球的状态。这有多个方面的原因：

一方面是因为岩质行星形成于无数小行星的撞击，撞击的动能转化为热能，让岩质行星表面熔融，变成岩浆；

一方面是因为在岩质行星表面熔融后，液态岩浆因为受到重力的作用，重的元素下沉，轻的元素上升，重元素下沉时候重力势能也会转化为热能；

另一方面是小行星都含有微量放射性元素，放射性元素的衰变会释放热量，这些热量无法让单个的小行星熔融，但是当它们都汇聚在一颗较大的行星上之后，会在这颗行星内部源源不断地释放热量，维持行星的内部的高温；

所以，在形成之初，地球、火星（甚至金星和水星也一样），都是一个岩浆球（或者至少半熔融状态）。

但是由于宇宙背景温度是-270℃左右，所以按照我们的常识（其实是热力学第二定律），炽热的岩浆球马上就会降温。而又按照常识，这个岩浆球的表面就会首先降温，越往深处降温越慢。随着这种降温，于是岩浆球就自然形成了圈层结构：地壳、地幔、地核（火壳、火幔、火核？）

（0610补充：地球上的降温，是热传递和热对流，比如一杯热水通过空气传递热量，但是宇宙空间内的降温主要是热辐射式的降温，因为宇宙空间内是真空状态，气体极为稀少，因此主要以辐射电磁波的形式向外传递热量，但是这种降温方式效率比较低，所以地球才能在数十亿年后地核内依然保持火热，感谢知友 @蔚蓝海涛 提醒）

当形成圈层结构之后，由于星球自转速率与内核自转速率的不一致，这种自转速率之差就导致内核就像是一个发电机的转子一样，而地幔（火幔）则就类似于转子外层的线圈一样，这就形成了一个巨大的行星发电机。电生磁，这个我们在初高中物理就学得到，我们甚至能利用右手螺旋定则来大致判定磁场方向——就这样，在地球和火星外部就形成了一个巨大的行星磁场，这个磁场能够起到偏转太阳带电离子的作用，就好像是一个大大的护盾，护住了初生的地球和火星。

让我们的视线回到星球表面。在形成了圈层结构之后，行星表层的温度已经降到足够低，这时候大规模的降雨将雨水汇聚在地表，形成了最早的海洋——桥豆麻袋！雨水怎么就突然出现了？？？？

这些雨水的来源很简单：岩浆！

在现在的火星和木星之间，有一个小行星带，这里的小行星都是从太阳系形成开始就一直存在的老物件了，它们的年龄可能跟地球、火星的年龄一般大，但可能由于木星引力的干扰，导致这些小行星一直没能形成一个大的行星，于是它们留到了现在，地球上绝大部分掉落的陨石就来自于小行星带，它们是我们研究太阳系往事的窗口。早就有地质学家们对掉落的陨石的化学成分进行了分析，在分析后发现，这些陨石中或多或少都含有一些水分，少的1%，多的10%以上，这些说明水在整个太阳系是广泛存在的，它们以化合物、结晶水等形式存在于小行星中。

那么问题来了，当这些小行星碰撞到一起形成了大的行星后，水去了哪里呢？它们都去了岩浆里。一旦岩浆球开始冷却，岩浆中的水分将会以水蒸气的形式存在于空气中，等到行星表面降温后，水蒸气凝结，水分下降，于是就形成了原始的海洋。此外，在行星的岩石外壳形成之后，也会有大规模的火山喷发，这些火山喷发也会源源不断将岩浆中的水分带到地表。

另外，随着岩浆喷发，一起被喷出来的还有诸如二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、一氧化碳等多种气体，这些气体与水蒸气一起构成了原始行星的大气。所以在这一阶段，地球和火星其实也都没什么差别。

随后，到了大约42~37亿年前，整个太阳系中发生了一次大规模的小行星碰撞事件，几乎所有的岩质行星都被许多小行星撞击，在行星表面撞出了许多陨石坑，这就是我们现在在月球、火星、金星、水星等星球上都能看到密密麻麻的陨石坑的原因。在地球上其实也有，只不过地球还是“活”着的，数十亿年来的风雨的冲刷，让这些陨石坑已经不见踪迹了。

在这一期间火星与地球的发展其实是很类似的，在地表形成了大量的河谷、河网、峡谷、湖泊，这些流水地貌与地球上的水流地貌非常相似，有科学家就曾经专门通过对比火星和地球流水地貌的规模和特征，从而推断火星上这些河流中的水源、水流量等等信息，有人甚至推测，曾经火星上某些河流的水流量可能是地球上亚马逊河水流量的10倍。在这些水流的作用下，火星表面不少地方还发育了非常多的沉积岩，这一点也与地表类似。我们近年来发射到火星上的探测器也都观察到了这些特征。

此外，如果考虑到地球上38~35亿年前左右就已经演化出现了原始的生命，因此我们甚至可以推测，很可能在火星上也有可能已经有原始的藻类生命演化了出来。

但是好景不长，火星很快就夭折了。

三、早夭的火星

正如前文所说，地球和火星的命运，其实是由它们出生位置决定的（真·投胎决定论！）。

由于出生位置的不利，导致了火星个头小，因而其引力也比较小，无法保持住其本身的大气，所以火星表面的气体实际上是持续不断地向外逸散到宇宙中。就好像是一个漏气的气球，要是火星内部岩浆还能持续向外排水排气，那么还能维持下去，但是可惜的是火星的内核也很快就凉凉了。

这也可能是由于火星个头小的原因，导致火星热量散失比地球快很多，也可能是由于火星形成时候构成火星的金属物质比较少，这导致了放射性元素比地球少，因此内部产热量也比地球少很多，所以火星快速冷却了下来。可能从37亿年前开始，火星内核就已经开始降温，到了35亿年左右，火星内核的大部分已经凝固，到了30亿年前左右，火星内核绝大部分都凉透，只剩下局部岩浆还处于冷却中了。（这一时间段为个人从下图中推测，并未查证文献）

凉下来的内核再也无法通过旋转产生星球级别的磁场，也无法通过火山喷发为火星地表带来水蒸气，于是火星上的水分和气体持续性减少，缺乏了磁场保护的火星也变得环境恶劣起来，处于演化早期的生命们要么寻找地下深处有水的地方潜伏，要么干脆就灭绝了。

到了这时候，火星上的所有演化历程就一下子停滞了下来：

没有了水，意味着改造火星表面最大的动力已经消失了，火星的地貌也就停留在了被小行星轰炸的样子。

稀疏而干燥的大气，让火星表面的风都吹的有气无力，即使是经过30多亿年的改造，也只是在局部地区改造出了少量风蚀地貌，这与中国新疆的雅丹地貌成因一模一样，都是由风吹沙粒，不断刮削岩层所形成。

没有水、大气和磁场的保护，火星上的生命也没有机会演化成多样化的动植物来，而地球上的动植物也是改造地表地貌的一大动力。

早夭的火星上，因为演化的停滞，几乎保留了它35亿年前的样貌，成为一个我们研究太阳系早期行星演化的良好样本。

而也正是因为火星上有过水和大气，也让火星变成了我们寻找外星生命的一个良好场所——我对于寻找到火星生命或者是生命证据非常看好。这实际上对于研究生命起源和演化也非常有意义，一方面能够证明我们如今的生命从无机物通过化学方式演化出来的理论，一方面也能证明在宇宙中可能生命是非常普遍的。

另外，正如我前文所说，水都来自于岩浆，所以我对于火星上存在水这件事情毫无质疑，火星南极的水和NASA凤凰号探测器在土壤中发现的水冰都说明了这一点。

各位读者以后看到营销号说“惊讶！天问一号在火星发现水”这种标题，还是要保持冷静的，这很正常，没发现才不正常。

四、“活“地球

相比于火星，地球真的运气很好，合适的离太阳距离，合适的大小，使得地球降温慢，气体也不容易逸散。

降温慢的结果就是让地球处于不断的活动中。地核处不断加热地幔，让地幔因为受热不均匀而产生热对流，就很像我们吃火锅的时候，直接被火焰加热的火锅汤不断翻滚的场面，地表的板块就好像火锅上面的白菜帮子，被翻涌的火锅汤带动着不断移动，也因此而碰撞，这就是地表板块运动的原理。地球上的板块运动，塑造了地表高耸的山脉与高原——这种在岩浆推动下的运动，地质学上将其称为内动力地质作用。

而在地表，由于太阳的加热，地表受热不均，于是形成了风霜雨雪，尤其是其中的风和雨水，不断冲刷着地表，将那些高耸的山脉不断风化剥蚀，并带走碎裂的岩石碎屑，将这些岩石碎屑带到海洋、平原、盆地这些低洼的地方——这种来自于太阳动力的地质作用，我们称之为外动力地质作用。

另外，在地球磁场、浓密的大气保护下，地球上演化出来的生命得以有一段长达38亿年的演化历程，演化出如今地球上各种各样的生命类型来。这些生命在地表扎根、钻洞，或者是建造各式建筑，将地表改造的生机勃勃。

来自内、外动力地质作用和生物的改造，让整个地球的地表地貌不断变化，几乎每一百万年都会更新一个新的面貌，让地球看起来如同活着的一般。

以上，就是火星和地球这两兄弟的故事了。

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