火星是否曾经接近太阳，与金星“共舞”？
火星是否曾经接近太阳，与金星“共舞”？Original
博科园 科学科普
天文物理
2 days ago
数十亿年前，液态水流过火星表面，随着这颗红色行星磁场消失也失去了大气层，它也失去了束缚水的能力——至少大多数理论是这么认为的。现在一种新的模型表明，如果火星开始靠近太阳并缓慢地向外移动，那么它将开始变得更加温暖和湿润。宾夕法尼亚州立大学的研究员科尔·布朗说：火星从金星顶上开始，然后它向外跳向地球。布朗与同样来自宾夕法尼亚州立大学的行星科学家达伦·威廉姆斯(Darren Williams)合作，建立了一个早期太阳系，火星从一个更温暖的地方出发。https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/OOCfia0dzt0WWGPGcibghz0K4apttJLQ1NCt7NlsMBWedoxDpkn510MhIYEcbb3lfccNXILOCPkgYeEaHC6QzPbQ/640?wx_fmt=jpeg
早期潮湿的火星可能是在金星轨道附近开始，在它生命早期的引力作用将这颗红色行星推到目前轨道之前。图片：NASA/GSFC
博科园-科学科普：发现这个过程不太可能，但却是可能的——以这种方式开始的行星中，只有10%以上成功地到达了今天火星运行轨道的地方。今年6月在丹佛举行的美国天文学会第232次会议上公布了这一结果。在火星远离金星之后，事情就会变得有趣起来。火星表面被河流状地貌和扩张的三角洲划破，所有这些似乎都表明火星表面曾经有液态水存在。在近40亿年的历史中，这些特征几乎和行星本身一样古老，暗示着液态水在这颗红色行星上是短暂的。
40亿年前，年轻的太阳更暗，亮度只有现在的75%。如果火星在目前的轨道上运行，它与太阳的平均距离为1.42亿英里(2.29亿公里)，是地球的1.5倍(1.5个天文单位，即AU)，那么这颗新诞生的恒星本身还不足以让它保持温暖。要想让这颗行星的温度足够高，能够容纳水，就必须有一个大气覆盖层。有了显著的温室效应，大气层将使这颗红色星球的表面保持液态水。随着时间的推移，研究人员认为大气已经消失，美国宇航局的火星大气和挥发性进化(MAVEN)任务等航天器正在寻找关于消失的大气层线索。
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但布朗并不满足于这种解决方案，可能有另一种方法来实现(液态水的)这一结果。布朗和威廉姆斯注意到金星附近的区域在太阳年轻的时候是适宜的温度，在太阳年轻的时候，利用计算机模型发现这两颗行星可以在大约1亿年的时间里一起演化而成，足够短的时间使液态水在地表形成。这两个行星会保持潮汐锁定，在那短暂的一段时间内保持不变的脸指向对方，直到轨道上的不稳定最终将他们分开。在逃离后，火星会在金星附近经过多个轨道，重力会把金星往内推，让火星螺旋上升。
在这种情况下，这颗红色的行星用不了多长时间就会与地球发生相互作用——这就是事情变得困难的地方。在这个场景的第一次模拟中，重力与地球的相互作用成功地将这颗红色的行星推到了它目前的位置。但是布朗和威廉姆斯注意到，这颗红色的行星偶尔会出现在我们地球的40个地球半径范围内——比月球的轨道还要近。不幸的是，最初的模型没有包含月亮，所以他们没有绘制出潜在的混乱，所以在下一次迭代中加入了月亮。
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这有点像你向地球-月球系统发射火星大炮。进行了10000次模拟，火星以不同的速度进入系统。发现火星离地球表面越近，就越有可能影响到月球——有时甚至会把它完全驱逐出太阳系。在这些模拟中，火星只有很少接近到足以影响系统的程度，但“这是一个我们需要注意的风险”。《亲密接触》提出了一些有趣的问题，月球起源的主要理论涉及一个火星大小的天体在太阳系早期与地球相撞。这次碰撞将会在地球表面划出一块区域，连同撞击者留下的碎片一起汇合到月球上。这个过程与布朗和威廉姆斯模拟的过程相似，但没有灾难性的影响。
这几乎能说明问题，但事实并非如此。火星从金星附近出发的可能性很小。在超过一半的模拟实验中，火星与金星或地球相撞，这将使火星和火星表面的任何水迹象消失。近20%的时间里，这颗红色的行星被完全地从太阳系喷射出去，而另外10%的时间里，它被抛入了太阳。只有13%的时间它能够成功地在金星和地球之间跳舞，到达它目前的位置。目前，研究人员仍在继续探索火星可能已经成功进入外太阳系的方式，以及火星和金星在潮汐锁定状态下是否能够保持稳定。
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博科园-科学科普｜文：Nola Taylor Redd/Space
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