2021年5月15日7时18分，中國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。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年至今，人类对火星的探测任务开展了51次。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，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。

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？

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。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。

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”。

火星维多利亚撞击坑，机遇号火星车将在此工作

好奇号火星车从盖尔撞击坑中央丘陵回望，近景是裸露在地表的古代岩层，从中可以认识撞击坑的演化历史

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。祝融号火星车刚刚登

陆的乌托邦平原是火星上已知的最大撞击坑，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”。

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。

在地球上，人们尚未发现直径超过1000km的撞击坑。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，原始直径虽有约300km，但放在火星上却毫不起眼。

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”。正是这两种力量的强弱差异改变了地球和火星的面貌。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。

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。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，四座海拔14000m以上的巨大火山成为高原的“中流砥柱”。

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。形形色色的火星火山地貌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。

当熔岩的表面逐渐冷却后会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。由此产生了蠕虫一般的坑道或线性排列的椭圆坑洞，并广泛分布在火山四周。

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

火星西北部的奥林匹斯山是太阳系中最高大的单体火山，图中颜色表示海拔

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，水蒸汽从岩浆中升腾出来。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。

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”，一种由合铁矿物构成的球状结核散落在火星撞击坑的地表。

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。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。

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卯石，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。

美国犹他州沙漠里的“摩奇石球”

火星北极附近的克洛罗夫撞击坑中残留大量水冰

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。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。

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，并将泥沙堆积在河道内。当泥沙转变为岩石后，又从强烈的风化破坏过程里幸存，在地表凸显出来。九曲十八弯的外形像极了地球上那些曲流河。

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。

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？

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。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。

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。

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。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熱能，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。

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。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。

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。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。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。沙漠开始在火星广泛出现，庞大的沙丘在地表蔓延。

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和动辄席卷全球的沙尘暴依旧保留些许的活力。火星已经几乎死去，所有曾经的动荡与进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。

欧科斯环形山，火星表面最古怪的地貌之一，可能由小行星撞击产生

火星的雅丹地貌，是古代湖泊泥沙被风力破坏的产物

“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。

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，令火山喷涌不息，令江河奔流不止，令海洋汹涌不宁，令地球成为人类无与伦比的家园，更成为整个太阳系中独一无二的蓝色宝石。

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。从某种意义上说，火星是死去的“另一个地球”，也是人类认识地球的一面镜子。但即便经历了61年的探索，火星仍然隐藏着许多奥秘。前文所述的各种火星故事，许多还停留在科学猜想的层面等待着人们去继续探索、继续验证、继续去伪存真。

而这些探索不应也不会缺少中国科学家的身影，刚刚登陆的天问一号探测器和祝融号火星车将是他们的眼睛和耳朵。在未来的数十乃至上百年里，火星的秘密终将被人类破译，火星的地表终将被人类亲自拜访。它的过去、现今和将来，它的物产、风景和可能存在的生命都将被拉进人类的视野，成就一段属于宇宙时代的浪漫。

2020年7月23日天问一号火星探测器发射