为何火星表面没有液态水？背后有哪些原因？
1. 稀薄的大气层：一道脆弱的屏障
这是导致火星表面液态水无法存在的最核心原因。
极低的压强： 火星大气的平均压强只有地球大气的约0.6%，甚至不到海平面的1%。如此稀薄的大气意味着气压极低。水在如此低的压强下，沸点会大大降低。即使在火星上温度“相对”较高，例如零度以上，水也无法以液态形式稳定存在，它会迅速蒸发（升华）变成水蒸气逸散到大气中。你可以想象一下，在极低压强下，水就像是在真空锅里加热一样，还没来得及变成液态，就已经直接变成了气体。
缺乏足够的温室效应： 火星大气层主要由二氧化碳组成，虽然二氧化碳是一种温室气体，但火星大气的总量实在是太少了，无法有效捕捉太阳的热量。这导致火星表面温度普遍极低，平均温度约为零下63摄氏度。虽然偶尔会有一些区域在夏季中午温度能够达到零度以上，但结合极低的压强，液态水的存在依然是转瞬即逝的。
打个比方： 想象一下你在地球高山上，比如珠穆朗玛峰顶，那里的气压比海平面低得多。即使是夏天，那里的水也很容易结冰或者很快就蒸发掉，而不是像低海拔地区那样轻松地保持液态。火星的情况比这更极端。
2. 缺乏全球性磁场：太阳风的无情侵蚀
地球之所以拥有适宜生命存在的环境，很大程度上得益于其强大的全球性磁场。火星曾经也有过类似的磁场，但如今它已经基本消失了。
太阳风的直接冲击： 太阳风是由带电粒子组成的太阳高能粒子流。地球的磁场就像一个保护罩，将大部分太阳风偏转开来，保护了我们的大气层不被剥离，也阻止了水分蒸发加速。而火星失去了这个强大的磁场保护，太阳风可以直接轰击火星的大气层。
大气逃逸： 太阳风粒子撞击火星大气中的气体分子，赋予它们足够的能量，使这些分子能够克服火星微弱的引力而逃逸到太空中。这个过程被称为“大气逃逸”。长此以往，火星的大气层就变得越来越稀薄，就像一台漏气的气球，越漏越少。
水分子被电离并逃逸： 即使大气中有一些水蒸气，它们也容易被太阳风中的高能粒子电离成氢原子和羟基自由基。氢原子质量很轻，很容易逃逸到太空。最终，构成水分子的大部分元素都流失了。
3. 缺乏全球性、持续性的水源
即便在过去，火星可能曾经拥有液态水，但如今，这颗星球的大部分水都以固态（冰）的形式存在。
极地冰盖： 火星的南北两极覆盖着巨大的冰盖，主要成分是水冰，在北极冬季还会覆盖一层干冰（固态二氧化碳）。这些冰在极地环境下非常稳定。
地下水冰： 大量的水冰被埋藏在火星的地下，尤其是在中高纬度地区。这些冰层提供了火星上宝贵的水资源储量，但它们同样处于冰冻状态。
盐水的可能性： 一些观测证据表明，火星表面在特定条件下可能存在含有高浓度盐分的液态水，例如在坡地上看到的季节性斜坡纹（RSLs）。这些盐分可以显著降低水的冰点，使其在低于0°C的温度下也能保持液态。然而，这种液态水的存在是短暂且局部的，并且由于盐分浓度极高，其“宜居性”也备受质疑，而且即使存在，也因为低压强而无法稳定停留。
4. 引力不足：留不住大气和水
火星的质量和半径大约只有地球的一半，这意味着它的引力也只有地球的约38%。
难以束缚大气： 较低的引力使得火星难以有效束缚住自身的大气层。特别是较轻的气体分子（如氢和氦），更容易被逃逸。虽然水蒸气分子比氢重，但结合稀薄的大气和太阳风的侵蚀，最终还是难以被长期保留在表面。
影响水的形态： 即使在过去，较低的引力可能也会对水的形态产生一定影响，但相比于大气压强和磁场的重要性，这并非决定性因素。
总结来说，火星表面没有液态水，是其演化历史中一系列连锁反应的结果：
过去： 火星可能拥有更厚的大气层和更强的全球性磁场，使其表面能够维持一段时期内的液态水，甚至可能存在湖泊和河流。
演化： 由于内部动力学的变化，火星失去了大部分的内部热量，导致磁场消失。失去了磁场保护，太阳风开始无情地侵蚀其大气层，大气逐渐变得稀薄。
现在： 极低的大气压强和极低的温度使得水只能以冰或极低浓度、短暂存在的盐水形式存在。即使有水冰，也因为上述原因，无法在表面形成稳定存在的液态水。
火星，这颗红色的星球，就像是地球在宇宙中的一个警示：行星的宜居性，不仅仅取决于是否存在水，更在于能否维持一个稳定、厚实的大气层和保护性的磁场，以对抗宇宙环境的严酷考验。
网友意见
火星现在的质量只有地球的 10.7%，如果其早期拥有的水占整体的比例和早期地球接近，其引力将不足以长期束缚氢气分子，可以预期其一部分水业已流失到太空中。
地球上的水看起来大部分在地下，主要在地核。估计火星上的初始地表水也有 30% 到 99% 仍在火星地壳的矿物质之中——这基本上就足够解释“火星地表为什么缺水”了，流失的量不需要太大。
火星的核心部分可能还有不少的水。
可以参照：
E. L. Scheller et al, Long-term drying of Mars by sequestration of ocean-scale volumes of water in the crust, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abc7717
顺便说，2020 年，“磁场保护地球免于失水”的古老想法被质疑。研究显示，地球磁场在能偏转太阳风的同时也能吸引另一些太阳风，地球、金星、火星现在的大气逃逸情况相近。以当前每秒逃逸的量，35 亿年间三者会各自失去以全球面积计算深度 9 厘米、8 厘米、30 厘米的水。这根本无法解释火星和金星现在的状况。即使考虑火星的低质量造成中性氧原子的逃逸，这也不能解释金星的状况：现在地球的水量约为金星的十万倍。
就算假设年轻太阳有更强大的大气剥离效果，也只能解释其中的数千倍，何况太阳风与大气剥离的关系还没有被很好地检测。
你看到了：地球、金星、火星现在的大气逃逸情况相近。
在逃逸情况相近的情况下，在地球失去以全球面积计算深度 9 厘米的水时火星会失去深度 30 厘米的水，是因为地球表面积是火星的 3.55 倍。
地球：小丑竟是我自己 √
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