为什么火星磁场消失40亿年了，而地球的磁场还完好无损？

太阳风会不停地侵蚀行星大气层

火星和地球都是位于太阳系中的类地行星，它们都会受到母恒星太阳的引力作用和其他威胁。比如，太阳通过最外层位置日冕的极高温度，获取到了足以避免自身引力朝着星际空间发生膨胀的气体动能，于是，可对系内行星带来不同影响程度的太阳风就形成了。

从本质上来讲，太阳风的主要成分是看似不起眼的电子和质子，而移动状态下，这些微粒的自然密度也很低，每立方厘米存在的粒子数量大约只有几个到几十个的样子。但是，一般人可能难以想象，太阳风在地球轨道周围的移动速度都高达200到900千米/秒。

即便我们的地球拥有相对更强大的保护性磁场，也难以在一场超强太阳风暴中不受到任何影响，又何况是早已消失全球性保护磁场的火星。那么，同样是太阳系内的类地行星，为什么地球磁场在46亿年之后依然稳定运行，而火星磁场却已消失数十亿年？而火星和地球在磁力线上的分布特征不同，又对行星大气逸散的速度造成了怎样的影响？

行星磁力线的分布特征-火星的微弱感应磁层，不同于地球的发电机磁层

太阳系内各行星的磁场强度并不相同：

磁场是诸多星体拥有的共性特征，比如我们的母恒星太阳，以及同为太阳系八大行星的木星，而木星磁场的强度更是达到地球的20到40倍左右。关于地球磁场的形成原因至今尚无定论，但其中被更多人认可的理论，便是电荷运动形成的电流导致了地球磁场的产生，也就是所谓的发电机磁层。

火星全球性磁场的消失导致大气逸散程度加剧：

虽然已有诸多证据表明，曾经的火星大气比现在浓厚，而当时星球上的气氛也比现在温暖的多。但是，火星目前如此稀薄的大气层，并不能维持水的正常状态。而这一切变化，都是因为火星失去了自己的全球性保护性磁层，以至于太阳风在火星上来去自由的剥夺了自己的大气层。

原本，火星也拥有一个由镍和铁水旋转对流形成的团块，但这个能够保护星球避免受到太阳风和其他太阳活动辐射的磁层，却因为行星自身的质量不够大而在较短的时间里就冷却了。而失去这个特殊发电机的火星，也就没有了自己保护性的全球磁场，随之而来的问题，便是行星大气和水也都慢慢离它而去。

火星现存的感应磁层是怎么形成的？具有怎样的特征？

地球在过去的46亿年时间里，用自己强大而稳定的磁场给生命提供了保护。虽然，火星早在数十亿年前就失去了与地球类似的保护性磁场，但目前的火星也拥有自己比较脆弱的感应磁层，只是它的磁力线分布等特征和强大程度，已与我们的地球磁场完全不同。

与地球磁场相比，火星现存的感应磁层要弱很多倍，科学家们也将太阳风和火星磁场之间的作用场景描绘了下来。

那火星现阶段拥有的感应磁场是怎么形成的呢？从根本上来说：这个磁场形成，其实始于太阳风中流动的磁化等离子，以及行星自身尚未被磁化的电磁之间发生的相互作用。太阳风喷射出的粒子流从未停止对周围世界的冲击，虽然它们自身已经在这个过程中被磁化，但它们要穿过尚未被磁化的火星大气却极具难度。

另一方面，当电流在电离层中产生，便会意味着磁场会变得更强大，而感应磁场便就这样产生了。虽然这个作用过程所产生的电流，的确与火星大气逃逸存在关联，但它形成原理却已经完全不同于地球的全球性保护磁场。而现在，大家已经可以直观的感受到，为什么地球的磁场比火星磁场更能保护好自己，以及星球上的所有事物。

为了直观的让大家明白火星和地球在磁力线分布上的不同之处，科学家们还根据目前的观测情况，进一步对两颗星球的磁力线进行了图像描述。

当然，在碰撞过程中，除了部分离子因为流动而形成的电流在火星上传播以外，那些从母恒星太阳所喷射出的超强紫外线和X射线辐射，也因为在不停撞击高层火星大气的时候被不断电离，这个过程也会让部分高层大气产生能够导电的带电粒子或电子。

虽然，在之前的许多火星探索任务中，我们都有捕获到火星现有磁层的局部信息，但是，我们得到这副完整的火星磁场电路图，却耗费了足足五年的时间。在下图中，科学家们对火星感应磁层的电流系统进行了呈现，并用蓝色来示意电流、红色表示负载电流：

简单来说，火星的气氛更像是一颗具有闭合电路属性的金属球，那些在行星高层大气位置流动的电流，持续存在于星体表面上方大约120到200公里的地方。

而这一次，科学家们终于了解了从太阳风到火星高层大气的整个电能沉积过程，也就是说，那些在火星周围真实存在的电流已经变得可视化，不分昼夜围绕火星流动的电流，呈现出了双环结构的包裹形态。虽然，太阳风磁场并没有在图像中展示出来，但它就在电流的回路中被彻底扭曲。

不管是火星的高层大气，还是形成的感应磁层和太阳风，都通过这个过程中产生的电流连接起来。通过对火星弱感应磁场的了解，我们对火星大气如何在太阳的影响下逐渐被清除有了更准确而详细的了解。并且，太阳系中其他目前同样不存在全球性保护磁场的行星，也很可能具有火星相似的感应场，这便是我们研究火星磁场的深层意义。

火星的保护性磁场丧失-行星大气损耗，让火星成为了生命的荒漠

众所周知，之所以地球上的生命没有明显受到太阳风的危害，在历经至少五次生物大灭绝之后，依然拥有丰富的生命形态，这主要是得益于地球的全球性偶极型电磁场的保护。

仅有地球大气密度约1%的火星已成生命荒漠：

即便人类暂时还没有登陆火星，但根据我们测得的行星大气密度来看，科学家们一直无法寻找到火星上还有生命存在的证据不足为奇，毕竟该行星相当于地球大气密度1%的现实环境，的确会让微生物这种生命力更旺盛的生物都难以存活下来。

目前火星薄弱的大气层，主要是太阳风活动作用中残留下来的二氧化碳和氮气，以及含量更少的氩气、氧气和水汽物质。如此薄弱的大气环境当然难以制造足够强大的温室效应，所以，即便火星大气发挥到最大效应，也仅能将星球表面的温度提升5℃左右。而星球上干燥的气候环境，再加上低于55℃的平均表面温度，不仅会让已知生命形态难以存活，就连二氧化碳和水这样的物质都会轻而易举地被冻结起来。

全球性稳定磁场是生命繁荣的重要基础：

从掌控地球1.6亿年、并直到大约6500年前，才由于不明原因在地球上销声匿迹的恐龙，到在地球上只用了数百万年进化时间，就拥有了现代社会文明的人类。所有已知地球生命的兴衰更迭，都建立在地球稳定的磁场运行基础之上。

在过去几十年的研究过程中，科学家们早已经发现地球磁场也存在强弱之分，两极位置是磁场最强的地方，而赤道位置则是全球磁场最弱的地方。与此同时，地球磁场时刻都在发生变化，更有可能存在着周期性磁极倒转的情况。

为什么火星比地球更容易失去磁场的保护：

如果你对火星和地球的星球特性有所了解，便会发现这两颗类地行星的质量、体积和密度都存在较大差异。当我们将地球、火星和月球进行对比的时候会发现，火星的直径虽然可以达到月球的两倍，但却只相当于地球直径的一半，这意味着地球的质量和体积会比火星分别高出89%和85%的样子。

虽然并不是所有星体特征都跟行星磁场的稳定性有关，但地球拥有相当于火星2倍的地幔厚度，以及地球内部存在的频繁搅动现象，都变成了地球磁场得以稳定维系到现在的重要原因之一。而大约早在39到40亿年之前，火星这颗类地行星就彻底失去了自己的保护性磁场。但是，太阳却从未停止向外持续喷射带电粒子流，也就是刚刚讲到的太阳风。

也就是从那时起，太阳风开启了对火星的疯狂肆虐，火星大气层就在这几十亿年的时间里逐渐被削弱到仅剩部分气体残留物，而火星气候也变得越来恶劣。这也是为什么即便科学家们通过火星地理上的构造特征，证明了曾经的火星上也存在大量流动液态水，但我们现在看到的火星却像是一片红色的荒漠，到处都布满了砾石和大大不等的沙丘。