想象一下几十亿年前的太阳系。当时的太阳温度和亮度远不及现在，但至少两颗行星（地球和火星）的大部分地表被液态水覆盖。由于大量温室气体的存在，无论是地球还是火星都没有完全冻结。它们的年轻海洋都可能孕育出原始生命，为生物友好型未来铺平道路。过去几十亿年，两颗行星都发生了翻天覆地的变化：火星沦为一颗红色的死星，地球则是一番生机勃勃的景象。为什么会这样？
地球与火星对比图
过去几十亿年，火星和地球都发生了翻天覆地的变化。出于某些原因，地球成为一颗温度适中且富含氧气的星球，孕育出五彩斑斓的生命，火星则沦为一颗死星。火星的海洋消失踪影，失去了大气层，同时没有发现任何生命迹象。火星为什么走向死亡，而地球却是一番生机勃勃的景象？围绕这个问题，科学家进行了数十年研究，最终找到答案。
芝加哥菲尔德博物馆的三叶虫化石
地球的一个最引人注目的特征是，生命的演化史被写进化石记录。在数亿年的岁月变迁中，无数生物在陆地和海洋的沉积层留下各种印记，帮助科学家了解地球生命的起源和演化。在地球的所有沉积岩中，石灰岩的比例在10%左右。这种沉积层中经常发现海洋生物的遗迹，例如珊瑚、变形虫、海藻、浮游生物和软体动物。石灰岩主要由碳酸钙构成，某些石灰岩还存在镁和硅。
碳酸盐普遍存在于地球的石灰岩以及富镁白云石等海洋沉积矿物。大气中的二氧化碳导致了碳酸盐岩的形成。地球上的石灰岩还有生物学和地球化学源头，让它们成为地球表面最为丰富的岩石之一。科学家普遍认为早期地球的二氧化碳，大部分最终进入地表石灰岩。
白垩纪-古近纪边界层在沉积岩中非常独特，有助于科学家了解导致地球物种大灭绝的“天外来客”的源头
大量证据证明火星曾是一个水世界，不仅两极存在季节性冰，地表的一系列盆地和陨坑也有水冰的存在。类似干河床的地貌特征（通常呈U字形，与地球上的河床类似）遍布火星。此外，科学家还在火星上发现大量证据，证明远古水流导致了巨大海洋盆地的形成，甚至还出现了潮汐韵律层。
虽然这些地貌揭示了古代火星曾出现液态水，但当前的火星却是另一番景象。现在的火星几乎没有大气层，绝大多数地区不可能存在无污染的纯净液态水，地表的压力也不足以形成液态水。
季节性冰冻湖在火星上随处可见，证明火星表面存在水
在向火星派遣探测车前，科学家就发现了强有力的证据，证明火星曾是一个水世界。随着对火星表面展开勘测，这样的证据像雨水春笋般不断出现。“机遇”号火星车发现了赤铁矿球，某些球似乎彼此相连。如果不是液态水，我们很难给出一个合理的解释。
火星一度拥有与地球类似的富含二氧化碳的大气层。因此，科学家认为会在火星上发现石灰岩或者其它碳酸盐岩。但无论是“海盗”号登陆器还是“旅居者”号、“勇气”号和“机遇”号火星车，都没有发现这些岩石的踪迹。
在火星上发现的类似干河床的地貌
直到“凤凰”号着陆器登陆火星，我们才在这颗星球发现碳酸钙，但数量仍少的可怜。这些碳酸钙可能是不断蒸发的水体在最后阶段的产物。地球上的碳酸盐岩深度达到数百米，某些区域甚至超过1000米，火星上则没有这样的特征。
这是困扰科学家的一大谜团。20年前，科学家普遍认为火星失去二氧化碳的方式与地球相同，即被海洋吸收，而后被禁锢在碳酸盐岩中。但火星车的发现推翻了这种假设。它们不仅没有发现碳酸盐，反而发现了更令人吃惊的东西——富硫矿。“机遇”号发现的黄钾铁矾完全改变了火星研究。
“机遇”号在火星上发现的赤铁矿球
这些发现让科学家描绘出一幅与地球截然不同的火星图画。在地球上，海洋的PH值基本呈中性，非常有利于碳酸盐岩的沉淀析出。即使在富含二氧化碳的环境，碳酸仍能导致较高的PH值，足以让碳酸盐析出，进而让石灰岩和白云石遍布地球的每一个角落。
但硫却让整个故事发生戏剧性变化。如果早期火星的大气层不仅富含二氧化碳，同时还含有大量二氧化硫，地表水不仅受到碳酸的影响，同时还受到硫酸的影响。如果海洋拥有足够的酸性，便会产生与地球相反的反应，即陆地的碳酸盐被吸入海洋，留下富含硫的沉积物。
圣维森特角，火星维多利亚陨坑边缘存在类似地貌
这能够解释火星的海洋和地表化学特征，但这同时也意味着科学家需要找到一个完全不同的机制，解释火星大气层的最终归宿。一些科学家指出火星大气可能逃逸到深空。
曾经的火星可能与地球非常相似，也拥有磁场，保护它免遭太阳风侵袭。不过，火星的直径只有地球的一半，地核的密度和个头也不及地球。随着火星的冷却，一度活跃的磁场发电机陷入沉寂。这可能是火星命运的一个转折点。失去了防护性磁盾，没有任何东西能够保护火星大气层免遭太阳风粒子的屠戮。
“机遇”号发现的佩森脊（Payson Ridge），如何形成仍是一个不解之谜
这种假设是否成立？火星是否以这种方式失去大气层，进而剥夺火星支持地表液态水存在的能力，沦为一片冰冷的荒漠？美国宇航局的MAVEN任务希望找到这个问题的答案。MAVEN任务的目标是测算太阳风剥离当前火星大气层的速度，进而推算火星历史上的大气层损耗速度。
太阳风虽然威力巨大，但二氧化碳等分子拥有很大的重量，很难将它们加速到逃逸速度。磁场的消失和太阳风袭击“双管齐下”是否能形成一种可行的机制，让火星从一个富含大气和地表液态水的世界沦为现在的荒芜之地？
磁场保护地球免遭太阳风侵袭，火星没有磁场，大气层不断被太阳风剥离
根据MAVEN任务的研究，平均每秒有100克火星大气逃逸到太空。发生耀斑时，太阳风的强度超过正常水平，导致逃逸的大气数量增至20倍。如果大气层更为致密，同等强度的太阳风能够以更快的速度剥离大气。
在没有磁场抵御太阳风的情况下，只需1亿年就能让一颗火星级星球的大气层损耗殆尽。在火星的历史上，可能有长达10亿年时间，地表存在大量自由流淌的液态水。但随着火星环境发生剧烈变化，这颗原来拥有适居性的星球最终沦为荒漠。
由于没有磁场的保护，火星大气层不断被太阳风剥离
火星和地球的早期大气层都含有大量二氧化碳。地球的二氧化碳被海洋吸收，禁锢在碳酸盐岩中。由于海水酸性过高，火星无法做到这一点。二氧化硫的存在导致火星海洋富含硫酸。硫酸导致了火星车和着陆器发现的火星地貌特征。太阳风则是火星大气层消失的罪魁祸首。
在MAVEN任务的帮助下，科学家描绘出火星的悲催历史。40亿年前，火星的地核陷入沉寂，磁场消失，导致太阳风不断剥离火星大气层。由于磁场的保护，地球得以披上一件蓝色的外衣，在可预见的未来仍旧是一片生机勃勃的景象。但对于火星这样的小个子行星，它们的生命在很久以前就已经终结。
