火星是如何诞生的？科学家追溯到太阳系形成的时刻

火星和太阳系其余部分形成于46亿年前。但究竟行星是如何形成的仍然是一个争论的话题。目前，有两种理论认为冠军的作用。

​太阳系形成之初

第一个也是最广泛接受的理论，核心吸积作用，很好地形成了像火星这样的类地行星，但在巨大的行星上存在问题。第二，磁盘不稳定的方法，可以解释这些巨大行星的产生。

科学家们正在继续研究太阳系中的行星，以更好地了解这些方法中哪一种是最准确的。

核心增长模型

最主要的理论，被称为核心吸积，是太阳系开始时是一个巨大的、团状的冷气体和尘埃云，被称为太阳星云。这个星云由于自身的重力而坍缩，并被压扁成一个旋转的圆盘。物质被拉到圆盘的中央，形成太阳。

其他物质颗粒粘在一起形成一团块叫做星子。其中一些组合形成小行星、彗星、卫星和行星。太阳风——带电粒子流从太阳流出——冲走了较轻的元素，如氢和氦，留下的大多是小而岩石的世界。然而，在外部区域，由于太阳风较弱，气态巨行星主要由氢和氦组成。

系外行星的观测似乎证实了核心吸积是主导形成的过程。拥有更多“金属”的恒星——天文学家使用氢和氦以外的元素——在它们的核心中有比它们的金属可怜的表亲更大的行星。根据美国国家航空航天局(NASA)的说法，核心吸积表明，小的、岩石的世界应该比更大的气态巨行星更常见。

2005年发现的一颗巨大的行星围绕着类似太阳的恒星HD 149026轨道运行，这是一个外行星的例子，它帮助加强了核心吸积的案例。

格雷格·亨利在一份新闻稿中说:“这是对行星形成的核心吸积理论的确认，也证明了这类行星的存在。”纳什维尔田纳西州立大学的天文学家亨利发现了星星的暗淡。

在2018年，欧洲航天局计划发射“太阳系外行星”(CHEOPS)，该卫星将研究从超级地球到海王星的太阳系外行星。研究这些遥远的星球可能有助于确定太阳系中的行星是如何形成的。

“在核心的吸积场景中，行星的核心必须达到临界质量，然后才能以失控的方式加入气体。”CHEOPS团队说。

“这个临界质量依赖于许多物理变量，其中最重要的是星子增生的速率。”

通过研究不断增长的行星如何增加物质，CHEOPS将为世界的发展提供洞察。

核心吸积在18世纪晚期由伊曼努尔·康德(Immanuel Kant)和皮埃尔·拉普拉斯(Pierre拉普拉斯)首次提出。星云理论有助于解释我们太阳系中的行星是如何形成的。但随着“超级地球”行星的发现，围绕着其他恒星运行的行星，提出了一种新的理论，即磁盘不稳定性。

磁盘不稳定模型

尽管核心吸积模型对类地行星很好，但气态巨行星需要迅速进化，才能抓住它们所包含的大量较轻的气体。但模拟还无法解释这种快速形成的原因。根据模型，这个过程需要几百万年，比早期太阳系的轻气体还要长。与此同时，核心吸积模型面临着一个迁移问题，因为小行星很可能在短时间内螺旋上升到太阳。

根据一个相对较新的理论，磁盘不稳定，尘埃和气体聚集在太阳系生命的早期。随着时间的推移，这些团块慢慢地压缩成一个巨大的行星。这些行星的形成速度比它们的核心吸积物更快，有时甚至在一千年的时间里，使它们能够捕捉到快速消失的更轻的气体。它们还能很快到达一个稳定的轨道，使它们无法进入太阳。

根据太阳系外行星天文学家保罗·威尔逊(Paul Wilson)的说法，如果磁盘不稳定支配着行星的形成，那么它应该在大量的指令下产生大量的世界。这四颗巨大的行星围绕着恒星HD 9799旋转，为磁盘不稳定提供了观测证据。在它的恒星周围环绕着2000年的外行星，它也可以是一个通过磁盘不稳定形成的世界的例子，尽管这个星球也可能因为与它的邻居的相互作用而被驱逐。

卵石吸积

对核心吸积的最大挑战是时间——建造巨大的巨型气体巨人，足以抓住他们大气中较轻的成分。最近的一项研究表明，与早期的研究相比，小型的pebble大小的物体如何融合在一起，比早期的研究要快1000倍。

“这是第一个模型,我们知道,你从一个非常简单的结构开始从行星形成太阳星云,与巨大的行星系统,最终,我们看到的,”研究作者哈罗德·奥尔特西南研究所的天文学家(SwRI)在科罗拉多州,2015年告诉Space.com。

2012年，瑞典隆德大学(Lund University)的研究人员Michiel Lambrechts和安德斯·约翰森(Anders Johansen)提出，微小的卵石一旦被冲掉，就会成为快速建造巨大行星的关键。

他说:“研究结果表明，这种以前被认为不重要的形成过程中遗留下来的小石子，实际上可能是行星形成问题的一个巨大解决方案。”

Levison和他的团队建立在这一研究上，更精确地模拟了这些微小的卵石如何在今天的银河系中形成。在之前的模拟实验中，大中型物体以相对恒定的速度消耗着它们的pebble大小的表兄弟，Levison的模拟显示，更大的物体更像恃强凌弱者，从中等大小的物质中攫取小石子以更快的速度生长。

研究报告的作者之一、来自SwRI的凯瑟琳·克瑞克告诉Space.com网站说:“现在较大的物体会把较小的物体分散到较小的物体上，而较小的物体会把它们散射回来，所以较小的物体最终会被分散在卵石圆盘上。”“更大的家伙基本上是欺负较小的那个，这样他们就可以吃掉所有的鹅卵石，而且他们可以继续成长，形成巨大行星的核心。”

2018年，美国国家航空航天局将启动对火星的探测任务，研究火星的内部。

“但洞察力不仅仅是一个火星使命——这是一个类地行星explorer将解决的最基本问题之一的行星和太阳系科学——理解的过程,塑造了太阳系内部的岩石行星(包括地球)四十亿多年前,“据NASA。

“InSight试图回答科学最基本的问题之一:地球上的行星是如何形成的?”

缩小

火星是否从磁盘不稳定、核心或卵石添加开始，随着它的增加，它继续增加。模型表明，如果气体和尘埃能够顺利地通过太阳系传播，那么红色的行星应该和金星和地球一样大。相反，火星的质量只有10%，这表明它是在一个低行星的区域形成的。

​火星地表

进入大头针模型，主导理论解释所谓的“小火星问题”。根据模型，木星和土星在他们出生后不久就朝着太阳迁移，然后像帆船一样被拖回太阳系外。沿着这条路，他们将会把本该提供火星形成的大部分碎片清扫掉。

另一种可能是在原行星盘中自然形成的低密度区域。

“如果这个部分的空隙足够长，它就可以保存在后来形成的行星和行星胚胎的分布中，”钱伯斯写道。“Izidoro所做的模拟显示，在火星目前的轨道上，减少50%到75%的行星建筑，有利于形成一个弱小的红色星球。”

另一种选择是火星实际上是从小行星带开始的，然后由于与行星的相互作用而向太阳移动。

“因为火星比小行星更大，所以当它把这些行星散射到木星上时，它就会失去能量，因为它把它们从太阳系中喷射出来，”Ramon Brasser，第一作者，东京技术的地球生命科学研究所的副教授，告诉Space.com。

加热和冷却

就像所有的行星一样，由于这些碰撞产生的能量，火星变得很热。地球内部的熔化和致密元素，如铁，下沉到中心，形成核心。较轻的硅酸盐形成了地幔，而最不密的硅酸盐形成了地壳。火星可能有几百万年的磁场，但随着地球变冷，磁场也随之消失。

年轻的火星上有活火山，火山表面喷出岩浆，将水和二氧化碳喷射到大气中。但火星上没有构造活动，因此火山在每次喷发时都保持静止和生长。

火山活动也可能使火星大气层更厚。火星的磁场保护地球免受辐射和太阳风的影响。研究表明，大气压力越大，火星表面的水可能就会流动。但大约35亿年前，火星开始冷却。火山爆发得越来越少，磁场也消失了。不受保护的大气被太阳风吹走，地表被辐射轰击。

在这些条件下，液态水不能存在于表面。研究表明，水被困在地下的液体和冰冻的形式，以及极地冰帽的冰层。

我们所知道的所有生命都需要液态水，所以在火星上找到它的证据是非常有趣的。