候选标题(编辑备选):悬念型《不到地球1%的大气,如何遮暗整颗火星》;画面感型《奶油色天空,蓝色日落:火星大气的一天》;提问型《火星大气变薄,是谁吹走了它》。本文采用第一款。
2018年6月,火星上刮起一场沙尘暴。它从一片不大的尘云开始,几周内连成整片,把整颗行星裹了进去。一亿多公里外,一台叫“机遇号”的太阳能火星车因为等不到阳光,停止回应,此后再没醒来。反常的地方在于:这一切发生在一层密度不到地球1%的大气里。一份稀薄得近乎真空的空气,怎么能把整颗星球的天遮暗?
一杯水里的一小勺
先给一句话:火星大气是包裹火星的那层气体外壳,约95%是二氧化碳,表面平均气压约610帕。
610帕是什么概念?如果把地球海平面的大气压比作满满一大杯水,火星大气就是杯底那一小勺——按比例算,约0.6%。换个参照:你站在火星表面感受到的气压,只有珠峰顶部的约五十四分之一,大致相当于地球上空30到35公里处的环境。
所以火星的天空不是“没有”,而是“薄得让人误以为没有”。它撑不起液态水稳定的存在,也撑不起你摘下头盔呼吸——氧气只占约0.16%。
白天是奶油色,日落却是蓝的
如果你站在火星上看日落,会看到一件和地球相反的事:太阳周围泛出一圈冷蓝,而天空是奶油黄偏粉橙。这不是想象,好奇号和毅力号都用相机拍下过(观测证实)。
原因藏在尘埃里。火星空气虽薄,却常年悬浮着大量极细的尘粒,尺寸和可见光波长接近。阳光穿过它们时,蓝光更容易被“推”向前方,于是太阳附近聚起蓝晕;而占据视野的大部分天空,被散射出的黄橙色尘埃光染成一片奶黄。这和地球靠空气分子散射出的蓝天,是两套不同的机制。
一场能吞掉整颗行星的沙尘暴
火星的风可以很快,风速约每秒25到30米,相当于地球上的90到100公里每小时。但空气密度只有地球的约六十分之一,同样的风速,推在你身上的力小得多——你不会被吹跑,倒像有人用吸管对着你吹气。
麻烦在尘。细尘会被卷到几十公里高,全球性沙尘暴每隔几年就可能出现一次,持续数周到数月。尘埃糊住太阳能板、钻进活动部件、摩擦起电后粘在一切表面上。机遇号就败在这一关:它靠阳光发电,而那一年的天空暗到几乎发不出电。
那些被吹走的气,去了哪里
火星没有像地球那样的全球磁场,只剩一些局部被磁化的岩石。太阳风——从太阳持续吹出的带电粒子流——因此能直接轰击火星高层大气,把气体离子剥离出去。MAVEN探测器已在轨观测到这一过程正在发生,太阳风暴来袭时逃逸明显加剧(观测证实;具体速率各家估计不同)。
火星大气的总质量约2.5万亿吨,不到地球大气的百分之一。而河谷、三角洲、黏土矿物这些地貌与矿物证据,指向一个更厚的过去(推断)。至于它是在什么时候、用多快速度变薄的,目前尚无定论:有的研究认为大部分气体早已散失,有的认为相当一部分被锁进了极地冰盖与地下岩层。
这层薄气,能撑起人类吗
不能呼吸,但可以“就地取材”。毅力号携带的MOXIE装置用火星的二氧化碳制氧,2021年首次运行,到任务结束累计产出约122克氧气——够一个人呼吸几个小时(一名成年人一天约需0.8公斤氧)。这是实测验证,不是纸上推算。
至于气压,它低于水的三相点压力,液态水在火星表面会迅速沸腾或冻结。想在火星上留下脚印,人类得自带一整个“可呼吸的地球”。
那场沙尘暴后来散了,机遇号没有醒来。但它留下的数据,仍在一点点改写我们对这层薄气的判断。真正悬而未决的是:如果火星曾经厚到能下雨,那些水和气,是被太阳风带去了太空,还是被它自己藏进了地下?
- 延伸阅读:安迪·威尔《火星救援》(小说,环境设定参考真实火星数据)
- 延伸阅读:国家地理纪录片《火星时代》(Mars,2016)
- 延伸阅读:NASA MAVEN任务官网(science.nasa.gov/mission/maven)