火星和金星上不同的大气氛围，如何揭示地球的过去和将来？
作者：文/虞子期
同为太阳系八大行星的金星和火星都是类地行星，但却拥有与地球截然不同的星球环境，就连它们与地球相隔距离的远近，也会因为火星的运转而发生排名变化。不同于地球对生命所表现出的友好，火星上的大气密度仅有地球的1%左右，几乎没有任何气氛；金星的大气中除了大量的二氧化碳，还有硫酸组成的厚云层，充满了浓重的有毒气氛。三颗行星看上去似乎毫无关联，但事实真的是这样吗？科学家们是如何通过对金星和火星大气所进行的研究，从而对地球的过去和未来有了更深刻的认识？
起源相同的行星经历了相似的演变
当我们将时间拉回到大约46亿年前，当时的太阳系中并没有任何行星的存在，直到一颗新生的太阳在一团旋转气体和尘埃云的中心处点燃。随着灰尘在重力的作用下逐渐堆积到巨石之中，那些近似球状的物体像滚雪球一样，形成了行星一般大小的实体星球。众所周知，行星并不只有岩石行星这一种类型，并且，不同类型的行星和太阳之间的距离远近也有所不同。
但就其本质而言，其实就是每一种物质形态的耐热能力有所不同，比如，岩石物质所能承受的热量相对更大，因而成为了位于内层的行星，而像气体这样的冰冷物质所构成的气体行星，则需要保持更远的距离才能被保留下来。在岩石行星的形成过程中，每当它们冷却的时候便会释放出气体，因而造就了其活跃的大气层。就目前的研究来看，即使有其他小行星、彗星，或是火山喷发给予了行星气体和水的输送，但也并不会占据太大的份额。
随着时间的递进，再加上各种复杂的环境因素和事件发生，行星的大气层在经历了强烈的演变之后，最终成为了如今这般模样。而我们的地球，则演变为一颗表面有液态水、且唯一可维持生命的星球。事实上，科学家们从许多太空探测任务中发现，火星上也曾流淌过液态水，而金星上的水已经沸腾。或许你有所不知，行星上液态水的存在与它的大气状态密切相关，而岩石行星的内部也会和大气、海洋发相互作用，它们共同决定着这个星球是否可以承载生命。
行星的再循环促成了现状的截然不同
在火星、金星和地球形成的早期，它们都经历了所谓的除气活动，并形成了第一个致密而炎热的大气层。伴随着行星大气层中温度的降低，海洋开始在这些岩石星球上形成，然而这一切在某个时间点发生了彻底改变，从而使得三颗行星分别拥有了不同的地质活动特征。比如，地球原有的坚硬盖子破裂成了板块，从俯冲带到其他板块之间的运动，导致了广阔的山脉、巨大的裂谷，以及新的地壳在碰撞之后形成。即便是现在，地球的构造板块也仍然处于不断运动的状态之中，这便是为什么在其边界位置偶有火山喷发和地震发生。
从行星的大小来看，金星和地球并没有太大的差距，有证据显示，大约早在十亿年前的时候，金星的表面就被熔岩重新覆盖。并且，即使研究人员在该行星上没有辨别的板块构造系统，但它仍然可能具有火山活动。不同于金星和地球，火星相对要小得多，因而它冷却的速度会更快，火山活动不复存在让其无法补充大气。尽管，火星拥有太阳系中最大的火山，但它却很可能是由于地壳活动所导致的结果，并且，研究证据也表明了，火星在过去的一千万年中存在构造活动，偶有地震的它并不被认为具有和地球相似的构造系统。
与此同时，对于行星的大气层而言，板块构造可以对二氧化碳的含量起到长期调节的作用。水和二氧化碳的结合，会导致碳酸的形成和岩石的溶解，雨水有将碳酸和钙带到了海洋中，于是，溶解在海洋中的二氧化碳又被循环回到海底。事实上，在地球现有生命的大约一半时间里，星球上大气层中的氧含量都是很少的，而“海洋蓝细菌”便是第一个将二氧化碳转化为氧气的生物。正是地球大气层的这一转折点，使更复杂的生命开始蓬勃发展，倘若没有行星的再循环过程、大气层和海洋之间的相互调节，那么，地球的最终可能就会成为金星的现在。
当然，地球之所以会具有其他行星没有的特质，并不只是因为其特殊的全球板块构造，同时还得益于这样的构造结构和海洋活动之间的结合。海洋覆盖了我们星球表面的三分之二左右，大面积的海洋可以吸收来自地球的大部分热量，被存储的热量会沿着地球上的洋流进行运输。当构造板块中的一块被拖入地幔的时候，便会在变暖的同时释放出在岩石中被困已久的气体和水，于是，这些气体通过海底的热液喷口渗透。科学家们在地球海洋底部的该类环境中，发现了难以存在的生命形式，这也为早期生命如何开始提供了重要线索。
如何理解行星上的极端温室效应
存在于太阳系中的主要热能，便是来自于太阳的能量，行星在接收到了这样的能量之后，会在其表面被加热的同时，将这些能量再次辐射回太空之中。此时的大气层因为部分热量的保留，而产生了所谓的温室效应，虽然这是一种调节行星温度的自然现象，但若没有臭氧、甲烷、二氧化碳等温室气体和水蒸气，那么就算是我们的地球，它的表面温度也会比现在高出15到30度左右。人类在过去几个世纪的时间里，改变了地球上的这种自然平衡方式，尤其是工业活动向空气中排放的大量温室气体和其他污染物。温室效应的不断增强导致了全球气候变暖，不仅涉及到了臭氧层的消耗、全球粮食生产、海平面的上升，还关系到淡水资源储备量的减少和极端天气事件的增加。
虽然金星常被人们称为地球的“姐妹星球”，但其浓厚的有害气氛和高温表面，足以摧毁降落在其表面的任何航天器，它和其他类地行星环境之间存在的巨大偏差，往往被当作温室效应失控的例子。热量增加使水变成了水蒸气，水蒸气捕获到更多的热量，从拥有像地球这样的海洋，到星球上的海洋完全蒸发，水汽就这样从金星的大气层中逃逸进入太空。由于上金星上没有人类活动的参与，因而为科学家们提供了一个巨大的自然实验室，以帮助我们对温室效应有更好地了解。
而金星“快车”对大气中二氧化硫层的发现，则表明了在50到70千米高度上产生了硫酸云和液滴，因为太阳辐射而遭到破坏，释放出的气态硫酸被阳光分解，然后释放出了二氧化硫气体。这一观测结果，让科学家们对如何减缓地球上的气候变化提出了新的建议，二氧化硫形成的薄雾可以反射热量，那么，当大量的二氧化硫被注入到地球的大气中，我们星球上的温度会发生怎样的变化？虽然，这样的冷却方式只是起到暂时性的缓解作用，但对金星上巨大硫酸云滴层所进行的研究，却可以为我们提供一种自然的方法，以了解它所带来的长期影响。
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