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让火星存在生命很简单：使其公转轨道偏心率与地球相近
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让火星存在生命很简单：使其公转轨道偏心率与地球相近
吉林大学：杨学祥，杨冬红
科学家们在寻找宜居星球时，通常都会去找所在星系的宜居带，这一地带距离恒星的位置恰到好处，刚好能够接收到合适的能量。这样的话，星球的温度就会比较适宜，当然想要像地球这么合适是不太可能的，地球就像是个奇迹，这个奇迹无法被复制。
这是一个重要条件，但不是关键条件。
地球极端生存环境的公转轨道周期
我们在2006年撰文指出， 大气层对行星具有保温作用。当轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将一部分大气物质吹走，形成背光的“气尾”；当行星向远离太阳的方向运动时，“气尾”收缩。行星每靠近太阳一次，就失掉相当多的大气质量。
近日行星中，水星与火星的轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093，地球的偏心率为0.017，金星的偏心率为0.007。近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比，因此，近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失比较多，大气非常稀薄。大气层可以保持地表的气温，大气的流失降低地表气温，这是10万年冰期周期与地球轨道偏心率10万年变化周期对应的原因，地球轨道偏心率变化范围为0.017~0.067，在偏心率最大时对应冰期的出现。强磁场对大气也有保护作用。
事实上，近日行星中，水星与火星的公转轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093，大气密度分别为极其稀薄和稀薄，表面温度也最低，水星平均地表温度为179℃（最高为427℃，最低为零下173℃，因为距离太阳最近），火星表面平均温度零下55℃。地球的偏心率为0.017，处于中等水平，大气密度标准，表面平均温度为15℃。金星的偏心率最小，为0.007，其表面的平均温度高达462°C，是太阳系中最热的行星。近日行星的数据表明，天文冰期理论得到精准的认证（近日行星公转轨道偏心率大时，大气稀薄，表面温度低）。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-436350.html
太阳风
太阳风，非常具有侵蚀性。它们主要由带正电的质子和带负电的电子组成，会以极高的速度从太阳表面冲出。当这些带电粒子在靠近行星时会产生电场，电场会加速带电粒子离开大气，使得行星难以持大气的存在。火星就是因为这样的过程而失去了原有的大气。
我们的地球之所以没有迎来与火星一样的结局，是因为它拥有一个旋转的铁核可以产生磁场。地球的磁层就像一个屏障，它能让太阳风发生偏转，阻止太阳风对大气层的侵蚀，从而保护地球生命免受紫外线辐射的伤害。地球公转轨道偏心率大小适中，是生命存在的基本条件。
马文号(MAVEN)是火星大气与挥发物演化探测器的英文缩写，是世界上第一颗专门用于研究火星高层大气的探测器。它于2013年11月18日发射，2014年9月22日进入环绕火星的椭圆轨道。它曾在火星北半球发现了紫外线极光，并在高层大气中探测到神秘的尘埃云。
火星大气去哪儿了?
科学家们在火星表面或一定深度都没有发现充足的含碳矿物，这些证据否认了人们曾经的猜想——火星上曾经浓厚的二氧化碳被埋藏到地下。那么，会不会有一种可能：火星大气逃逸、消散到太空中，可能是火星气候变化的主要原因。马文号就通过测量火星高层大气与太阳和太阳风的相互作用，研究出了火星大气的逃逸过程。
原来，由于火星没有全球性的磁场，太阳风可以直接抵达火星，将火星高层大气中的带电离子驱赶走。而我们所身处的地球，由于有磁场的保护，带电的太阳风离子就无法直接抵达地球大气层。这也致使太阳风离子对地球和火星上的大气产生了不同的影响。马文号测量了火星大气中离子的总逃逸速率及其速率变化，探测结果发现，过去40亿年中，火星大气粒子逃逸对气候变迁有巨大影响。
据探测，火星大气的逃逸主要发生在三个区域：一是火星面向太阳风一侧，该侧火星大气被太阳风电离后“吹”到火星阴面并逃逸出大气层，占大气逃逸总量的75%;二是极区上空，占火星大气逃逸总量约25%;三是绕火星的延展云层，仅占火星大气逃逸总量的很小一部分。不仅仅是太阳风，不时出现的太阳风暴对火星大气的影响更为显著。尤其是在太阳系形成早期，太阳风暴出现的几率更为频繁。当太阳风暴击中火星大气层时，大气逃逸速率将提高约10～20%。平均每秒约有100克的火星大气被“吹走”，相当于两个鸡蛋的质量。
目前，火星上仍残存着稀薄的大气层。
https://www.sohu.com/a/195598889_221039
行星轨道偏心率大才是行星大气丢失的主要原因
问题来了：金星也没有全球性的磁场。在金星上会有很强烈的磁场，但是这种磁场还要比地球的弱一些。因为这种磁场的产生是由于电离子与太阳风之间出现了相互作用所导致。与地球上的磁场完全不同，地球上的磁场能够保护大气层，而金星上的磁场无法去保护大气层，也不能抵抗宇宙中的辐射。那么，谁保护了金星的浓密大气？
彗星的彗尾是怎样形成呢？17世纪时，牛顿认为彗尾是由于光的斥力作用，即太阳辐射压力。后来发现太阳风是彗星产生彗尾的主要作用力。所谓太阳风就是太阳向外喷射出的高能粒子流，太阳风的平均速度是每秒300～500千米，对彗星造成强大的推斥力。太阳辐射及太阳风就是促成彗尾形成的两股原动力，所以彗尾要在彗星接近太阳时才出现，彗尾的方向永远背向太阳。当轨道偏心率极大的彗星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将彗发物质吹走，形成背光的彗尾；当彗星向离开太阳的方向运动时，彗发和彗尾收缩。彗星每靠近太阳一次，就失掉相当大数量的质量，相当于彗星质量的0.1%到1%。显而易见，短周期彗星的生命时期是短暂的。彗核表面物质在接近太阳时不断转变为彗发和彗尾，被太阳风吹散到太空。
类比于彗星质量的消失，我们可以模拟出行星大气的消失过程。当轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将一部分大气物质吹走，形成背光的“气尾”；当行星向离开太阳的方向运动时，“气尾”收缩。行星每靠近太阳一次，就失掉相当大数量的大气质量。这是近日行星原始大气完全丧失殆尽的原因，也是水星和火星的大气非常稀薄的原因。因为在近日行星中，水星与火星的轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093；而地球的偏心率较小，为0.017，金星的偏心率更小，为0.007。显然，近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比。类比与彗星的大气散失，就可以解释为什么近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失的比较多，大气非常稀薄。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-696517.html
我们在2006年撰文指出， 大气层对行星具有保温作用。当轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时，太阳风和太阳辐射将一部分大气物质吹走，形成背光的“气尾”；当行星向远离太阳的方向运动时，“气尾”收缩。行星每靠近太阳一次，就失掉相当多的大气质量。
近日行星中，水星与火星的轨道偏心率最大，分别为0.206和0.093，地球的偏心率为0.017，金星的偏心率为0.007。近日行星的大气密度与其轨道偏心率成反比，因此，近日行星中轨道偏心率大的行星大气散失比较多，大气非常稀薄。大气层可以保持地表的气温，大气的流失降低地表气温，这是10万年冰期周期与地球轨道偏心率10万年变化周期对应的原因，地球轨道偏心率变化范围为0.017~0.067，在偏心率最大时对应冰期的出现。强磁场对大气也有保护作用。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-436350.html
米兰科维奇循环的天文冰期理论：火星目前处于轨道偏心率较大的大冰期时期，地球处于轨道偏心率较小的间冰期时期，金星处于轨道偏心最小的极热期时期。
轨道偏心率较大的行星向太阳靠近时产生的大气丢失，是冰期产生的根本原因。大气稀薄也是与冰期伴随的生物灭绝的原因。而地球的是10万年和41.3万年等，于0.005至0.058间变化（见米兰科维奇循环）
在八大行星中金星的轨道最接近圆形，偏心率最小，仅为0.006811。火星和地球10万年后也有可能变为金星目前状态，目前没有成为金星目前状态的可能。
火星的轨道偏心率最大，为0.093，地球的偏心率为0.017，金星的偏心率为0.007。在10万年的周期内，地球既不能变为金星（极端温室效应），也不能变为火星（极端低温），地球上的生命也不会灭绝。
科学的缺席和科普的误读，必须得到及时的纠正。
为什么人类不愿深入研究金星呢？越了解金星，便越觉得“绝望”： 是公转轨道偏心率最小惹的祸。
火星大气的消失是公转轨道偏心率变大惹的祸。使火星公转轨道偏心率与地球的公转轨道偏心率相同，火星环境才能适于人类生存。
当地球公转轨道偏心率（变大或变小）变得不适于生命存在，火星或金星的公转轨道偏心率至少有一个会变得适于生命存在。人类总会找到适于生命存在的星球。
让火星和金星存在生命的关键条件：使火星和金星公转轨道偏心率与地球的公转轨道偏心率相同，火星和金星环境才能适于人类生存。
参考文献
1. RichardA. Kerr. End of the Sunspot Cycle? 2011-6-14,FollowScienceNOW on Facebookand Twitter.http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/06/end-of-the-sunspot-cycle.html
2. 杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.
Yang X X, Chen D Y. Study oncause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (inChinese), 2013, 28(4): 1666-1677.
3. 杨冬红，杨学祥。全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”。地球物理学进展。2008Vol. 23 (6): 1813～1818
Yang D H, Yang XX. The hypothesis of the ocesnic earthquakes adjusting climate slowdown ofglobal warming. Progress in Geophysics (in Chinese), 2008, 23(6): 1813-1818
4. http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-905236.html
5. http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-906205.html
6. 杨冬红, 杨学祥.北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(2): 610-615.
YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Studyon the relation between ice sheets melting and low temperature in NorthernHemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.
7.杨学祥, 陈殿友. 构造形变、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震,2000,20（3）：39~48
8.杨冬红，杨学祥，刘财。2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温。地球物理学进展。2006，21（3）：
1023-1027
Yang Donghong,Yang Xxuexiang, Liu Cai. Global low temperature, earthquake and tsunami (Dec. 26, 2004) inIndonesia[J].Progress in Geophysics, 2006, 21（3）: 1023～1027.
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1298047.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1324015.html
相关报道
发现火星生命？“火星人”正在打嗝，被好奇号顺藤摸瓜地找到了？
地球日益恶劣的环境以及许多不可再生能源的枯竭之势，使得人类下定决心，要找到其他的星球移居生活，给人类文明谋求出另一条发展的道路。
可是我们现在的科技实力还是不够强，导致没有机会飞出太阳系，无奈之下，太阳系之内的行星成为了我们首要的选择对象。
火星作为距离我们最近，环境也不算太恶劣的一颗行星，是目前人类探测的重点。美国的好奇号火星探测器在顺利着陆火星之后，就顺藤摸瓜地找到了正在打嗝的“火星人”，或者说是发现了火星生命曾经存在的痕迹。
好奇号发现的“甲烷”
甲烷是一种有机化合物，也是最简单的有机物，在自然界当中广泛地分布着。一直以来，科学家们都以甲烷作为探寻生命存在的一个重要标准，这是为什么呢？原来，甲烷是生物在活动当中会产生的一种物质，比如说牛、羊打嗝，其气体在和其他物质接触以后，就会变成甲烷。
而在地球上，微生物是甲烷的主要来源。因此科学家们也许可以顺藤摸瓜，找到火星上曾经存在过的微生物。其实，这不是好奇号第一次发现“火星人”了，早在2013年6月20日时，NASA就表示好奇号在大气层当中发现甲烷有增多的迹象。
而这次发现是因为美国的加州理工学院的科学家通过相关技术，确定了之前发现的甲烷峰值。这些峰值点距离好奇号火星探测器非常近，几乎可以用就在脚下来形容了。
这六个甲烷峰值，是由“好奇号”的可调谐激光光谱仪(TLS)发现的，该光谱仪能够发现少于0.5亿分之一的少量甲烷。其中一个确定的发现约为15 ppb，而其他的发现约为10 ppb。
对于这一近在眼前的惊喜，使得科学家们感到非常的兴奋。毕竟如此高浓度的甲烷可能就意味着好奇号脚下的那个可能“火星人”正在打嗝，如果真的能将这一处甲烷产生的真正原因找到，那么就能证明火星真的有生命存在了。
研究人员韦伯斯特表示：如果这个进程是生物学的，那么火星微生物可能正在地表庇护所里“打嗝”，他相信能够找到证据并掌握这一情况。
这一发现无疑是振奋人心的，要知道人类一直把火星当做未来移民基地的首选星球对待。倘若火星之上有微生物可以生存，那就意味着其在未来的演化当中可能环境会发生改变，变得更适合生命生存。
这样看的话，曾经有人表示现在的火星就是地球的过去，可能是真的，那么未来火星真的会朝着宜居星球发展吗？这一问题尚且没有定论，但是有这种趋势对于准备移民的人类来说反而是个好消息。
好奇号发现的有机分子
甲烷作为一种有机物分子，其发现代表着火星上可能有生命存在。但火星带给人类的惊喜实际上远不止于此，因为NASA戈达德航天飞行中心当中的某个研究小组根据好奇号发现的相关数据做了实验，发现了新的有机分子。
这些有机分子同样也是在土壤当中发现的，目前这些有机分子尚不能证明火星上有生命，因为还有其他的标准来验证这些到底是不是活体产出的。比如说我们前文当中所说的甲烷，它不仅会由微生物活动产生，岩石和水之间的相互作用同样也能使甲烷产生。
总的来说，这项实验使有机分子的被发现，代表着人类对于火星生命探测的途径不止一条，为什么这么说呢？因为这次实验的发现实属巧合，具体因为2017年时好奇号探测器的钻机出现了故障，所以研究人员只好将火星采集到的土壤样本放到了本就装有化学物质的收集杯当中。这些新的有机分子，是通过其化学反应发现的，而从前并未使用过这种方法。
人类为何执着探索火星？
以上的种种发现，似乎都可以证明火星曾经有生命存在，或者说火星上有生命出现的概率要比其他的星球高。那么，就因为这样，人类才会如此热衷于探索火星吗？显然没有这么简单，接下来就从几个方面给大家分析一下这个问题。
首先，是人类的科技发展实力限制了自己前进的脚步。假如我们的飞船能够在有限的时间内飞得更远，那么距离地球较远的行星可能也会被划定在探索的范围内。最初人类的主要探测对象是有火星和金星两个选择的，金星甚至一度超过了火星。毕竟金星从外部看起来有着浓厚的大气层，和地球之间的距离也要更近一些。
不过金星的情况大家现在也基本了解了，它并不像人类想象中那么美好。所以人类被迫将更多的精力放在了火星身上，毫不夸张地说，如果我们的科技在未来仍然没有明显的发展，那么火星大概就是人类移民唯一的希望了。
至于为什么不提月球，月球的环境要比火星更加恶劣一些，并且其体积也不适合被当做替代地球的星球。但是，人类应该还是会在月球之上建立相关基地，毕竟月球上还是有许多资源的。
其次，就是人类对于“宜居带”的界定。科学家们在寻找宜居星球时，通常都会去找所在星系的宜居带，这一地带距离恒星的位置恰到好处，刚好能够接收到合适的能量。这样的话，星球的温度就会比较适宜，当然想要像地球这么合适是不太可能的，地球就像是个奇迹，这个奇迹无法被复制。
但是，只要温度不是太高使得水源蒸发殆尽，也不要太低使得液态水全都冻结成冰。经过人类的移居和改造之后，应该都是有机会变成“地球二号”的。以目前的发现来看，火星是具备这一条件的。
火星基地以及相关问题
除了此次发现火星人打嗝的好奇号以外，美国还发射了多个探测器用于获取更多的数据。并且，我国的天问一号也在2020年7月23日时成功发射，目标也是火星。可见，火星确实早早被各个航天大国列入了计划之中，未来在合适时机下，必然会组织载人登陆，再到后来完成火星基地的建设。
根据航天员留守的时间来说，基地可能可以分为三种，分别是临时基地、长期基地和永久基地。这三种基地的建设要求和建成时间应该也会有所差异，像电影《火星救援》当中展示的哪一类基地，应该就是长期基地，能够保证航天员在其中长期生活。
那么，假如未来火星永久基地顺利建成，人类要开始实施移民计划时，需要提前注意哪些健康问题呢？首先就是失重的环境，航天员们乘坐飞船进入太空之后都要每天进行运动，正是因为太空的微重力环境对于人类的身体有着巨大的影响。比如说我们的下肢会在长时间无法着地、承重的情况下，出现萎缩的情况，一旦情况过于严重，后续想要复原就很困难了。
其次就是太空辐射了，虽然火星之上也有大气层，但那里的大气层实在是太稀薄了，不像地球上的大气层能够为我们挡住大部分宇宙射线。人体长期暴露在辐射之下，即使有航天服的保护，也会随着时间的推进，出现相关的健康问题，比如说记忆力和认知能力的下降，甚至身体的重要器官也会被影响。
所以，即使火星的环境对比其他行星而言要稍微好一些，对于要长期在那里居住的人类来说也是非常不友善的。未来我们必须要克服以上所说的这些问题，才能在火星上长久居住，不然即使顺利移民，也可能因为身体健康问题早早去世。
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