是一个被全球沙尘暴统治的干燥星球。这也是一个寒冷的世界，两极冬季夜间气温降至负 140 摄氏度（负 220 华氏度）。
但它并不总是一片干燥、贫瘠、寒冷、荒凉的荒地。它曾经是一个温暖、潮湿、几乎诱人的地方，液态水流过地表，填满湖泊，形成河道，留下沉积三角洲。
但随后它失去了磁场，失去了磁场的保护，太阳剥离了行星的大气层。没有了大气层，接下来就是水。
现在的火星还是我们一直以来所熟知的火星：一个只有机器人漫游车才认为适宜居住的地方。
它究竟是如何失去磁屏蔽的？长期以来，科学家们对此感到困惑。
磁屏蔽对于保护地球大气层和可居住性至关重要。没有它，地球就会像火星一样。但地球保留了它的保护，而火星却没有。因此，正如卡尔·萨根所说，地球“充满了生命的涟漪”，而火星可能完全没有生命。
火星的地壳散发出微弱的磁场残余，但这种现象微弱，几乎无法提供保护。
磁层的丧失对火星来说是灾难性的。它是怎么发生的？
一个新的研究发表于自然通讯就像之前的许多研究一样，试图回答这个问题。标题是“Fe-SH 中液体不混溶性导致的行星核心分层”。主要作者是东京大学地球与行星科学系的 Kei Hirose 和博士。广濑实验室的学生 Shunpei Yokoo。
地核产生的磁效应产生了我们星球的磁场。有一个固体内核和一个液体外核。
热量从内核流到外核，在外液核中产生对流。对流流按照行星自转、内核和科里奥利效应产生的模式流动。这创造了地球的磁层。
磁层像保护毯一样包裹着地球。太阳的太阳风撞击磁层，磁层迫使其绕地球流动，而不是到达大气层或地表。
磁层不是一个球体：太阳风将磁层移动成不对称的形状。磁层可以防止太阳风剥离地球的大气层。没有它，地球就会像火星一样干燥、死亡和贫瘠。
那么火星到底发生了什么？
“地球的磁场是由其核心的熔融金属产生的难以置信的巨大对流驱动的。人们认为其他行星上的磁场也以同样的方式工作，”广濑在新闻稿中说。
“虽然火星的内部成分尚不清楚，但陨石的证据表明它是富含硫的铁水。此外，美国宇航局洞察号探测器在火星表面的地震读数告诉我们，火星的核心比之前想象的更大，密度也更低。这些这意味着存在其他较轻的元素，例如氢。”
美国宇航局的洞察号着陆器努力实现其所有科学目标。但它已经收集了一些有关火星内部结构的关键证据。如果洞察号的结果是正确的，并且如果隐含的氢存在，那么实验就有了基础，可以揭示更多关于火星失去的磁屏蔽的信息。
(NASA/戈达德/MAVEN/CU Boulder/SVS/辛迪·斯塔尔)
上图：A火星周围电流的可视化。电流（蓝色和红色箭头）将火星包裹在一个嵌套的双环结构中，该结构从白天到夜晚连续围绕着火星。这些电流回路扭曲了太阳风磁场（未图示），太阳风磁场覆盖在火星周围，在地球周围形成感应磁层。
“有了这个细节，我们准备了我们期望构成核心的铁合金，并对它们进行实验，”广濑说。
之前的实验研究了行星核心在不同压力和温度下的行为。但他们并没有关注氢。
“最近的行星形成理论表明，在火星和地球的吸积过程中，大量的水被输送到火星和地球，这表明氢可能是核心中的主要轻元素，”作者解释在他们的论文中。 “尽管它很重要，但到目前为止，Fe-SH 系统在高压下的研究还很少。”
但如果 InSIGHT 的数据正确，Fe-SH 核心中的氢可能在火星磁场的崩溃中发挥了作用。
研究人员准备了与他们认为的火星核心曾经组成部分相匹配的材料样本。它含有铁、硫和氢——Fe-SH。他们将样品放入称为金刚石砧或金刚石砧池 (DAC) 的装置中。
实验中使用的金刚石砧座。 （横尾等人）
金刚石砧将样品压缩在两个小金刚石板之间。钻石可以承受砧座内的极端压力，因为它们是在地球深处的极端压力下锻造而成的。
DAC 可以使微观样品承受数百吉帕的压力。激光加热样品，使其条件模拟火星的核心。当团队将样品置于更高的温度和压力下时，他们用 X 射线和电子束进行观察，以跟踪材料的变化。 Fe-SH 样品不仅熔化了，而且其成分也发生了变化。
该实验的结果集中在混溶性的概念上。当材料添加在一起并形成均匀混合物时，它们是可混溶的。当材料添加在一起并且不能形成均匀混合物时，它们是不混溶的。 Fe-SH 在高温高压下的不混溶性在火星行星历史中发挥了重要作用。
“我们非常惊讶地看到一种可以解释很多事情的特殊行为，”广濑说在新闻稿中。 Hirose 说：“最初均质的 Fe-SH 分离成两种不同的液体，其复杂程度是以前在这种压力下从未见过的。” “其中一种铁液体富含硫，另一种富含氢，这是解释火星周围磁场产生和最终死亡的关键。”
广濑和他的团队认为，最初，两种不混溶的液体在火星核心分离。
他们说：“虽然分离出的较稠密的液体停留在最深处，但较轻的液体向上迁移并与大量液体核心混合，这可能会驱动火星核心对流。”写。
但在两种液体分离的区域，发生了其他事情。 “与此同时，重力稳定的成分分层应该在发生液体分离的区域发展起来。最终，火星的整个核心变得分层，从而停止了对流。”
（Yokoo 等人，Nat. Commun.，2022）
多于：论文中的这张图显示了火星核心和地球核心如何相似地开始，然后随着时间的推移而变化。浅蓝色和深蓝色分别代表有浮力和稠密的液体。
科学家们已经知道对流何时停止，火星何时失去磁屏蔽。这发生在大约 40 亿年前。这项研究解释了为什么对流结束，导致磁屏蔽消失。
它还解释了它是如何开始的。 “不混溶的富含硫和富含氢的液体的分离可能是火星核心对流和发电机作用的开始和终止的原因，”他们写在他们的论文中。
一旦两种液体分离，火星就注定毁灭。不再有对流，不再有磁力，不再有大气，也不再有水。确切的时间未知，但结果是一颗死亡的行星。
然而，这只是一项研究，我们并没有完整的了解。 “考虑到我们的结果，对火星的进一步地震研究将有望验证其核心确实像我们预测的那样位于不同的层中，”说广濑。 “如果是这样的话，它将帮助我们完成包括地球在内的岩石行星如何形成的故事，并解释它们的组成。”
我们知道地球不会永远适合居住。大约50亿年后，太阳将进入红巨星阶段并摧毁地球。但我们的磁防护罩也不会永远持续下去，如果没有它，我们就注定会失败。首先会发生什么？磁层丧失带来的厄运？还是红巨星的毁灭？
“你可能会认为地球有一天也会失去磁场，”广濑说，“但别担心，这至少在十亿年内不会发生。”
所以我们还有十亿年。我们不要浪费它。
