火星海洋消失之谜_火星男孩消失之谜
在过去一百多年中，人们付出了巨大的努力，企图找到有利于海水中传输信息的载体。目前来看，声波仍是最好的选择，它优于无线电波、低频电磁波和光波（这三种信息载体在某些特定场景下存在优势），因为声波在海水中的传播距离比它们高出一千倍以上。，我们主要关注的是水声技术，既包括水声物理学涉及的基础理论，也包括水下传感器网络和声呐涉及的工程技术。磁波、光波以及诸如生物学、放射学、水动力学等其他方法，只能作为水声技术的补充。
声波在海水中的衰减与频率的增大呈指数关系，远距离使用时必须采用低频率，导致可用带宽随之降低。也就是说，近距离通信时选择较高频率，可以得到较高的数据率；而远距离通信时选择较低的频率，数据率相应降低。
声信号在海水中的传播速度依赖于电导率（conductivity）、温度（temperature）和深度（depth），这三者简称CTD，受到地理位置、季节、气象和水文条件的严重影响。声速的非定值性导致声折射，并使传播路径弯曲。
在深海中有一个深度，其声速有最小值。在这个深度附近形成深海声道（deep sea acoustic channel），其中传播衰减远小于其他区域，所以通信距离可达数千公里。
近几十年来，另一种深海信道受到密切关注，即可靠声路径（RAP）。这个路径从靠近海面的某个声源深度开始，延伸到位于声道轴另一侧的共轭深度（该位置处声速与声源处相等）附近为止，该深度通常接近海底。工作在（或低于）共轭深度的接收-发射装置，可获得非常稳定的信号传输、很低的环境噪声以及较小的传输损失。
还有另一种深海水声传播现象，叫做声会聚区（convergence zone）。它是由于声波在水体中往复地上下弯曲折射而形成的。如果不触及海底，所能达到的最大深度在共轭深度附近。如此往复循环，形成一系列的会聚区，带来会聚增益。可靠声路径水声通信正好可以利用会聚增益，进一步扩大连接范围。
在观测平台方面，海洋通信网络没有连续不断的供电，无法对链路随时进行人工干预，也不可能像在陆地上一样密集建设通信基站，所以需要构建移动通信平台。在过去十多年中，大批创新性移动平台连同相应的传感器大量涌现。在海面上，除了传统的锚系浮标和各种航船外，出现了波浪滑翔器、风能或波浪能推进的无人船、自主水面航行器、自移动浮标等新型无人平台。在水体中，有Argo浮标、有人或无人的水下航行器（包括自主水下航行器和线控水下航行器）、漂流浮标、锚系浮标、水下机器人以及海底自主观测站。在海面的上方，有无人机、直升机、飞机和卫星。甚至某些飞行器可以潜入水中，也可以跳出海面。
考虑到水声信道的低数据率和高时延特性，一旦获得水声信号应尽快将其转变为无线电信号送入大气电波信道。怎样做到这一点呢？作者建议构筑“数据桥梁”（data bridge），在几十至上百公里的距离上传输数据。第一道桥梁，漂浮在海面上的水声-无线电浮标。第二道桥梁，甚低频电磁波（VLF, 3~30 kHz）。第三道桥梁，海洋移动平台。第四道桥梁是一种新发现的方法，对水下声音产生的海表面条纹进行微波探测。海基通信网络必然是稀疏和异质的。
论文的图2十分生动，展示了局域一体化海洋无线移动网络的构想。这个网络包括卫星、无人机、飞机、无人水面艇（USV）、波浪滑翔器、水面浮标、Argo浮标、自主水下航行器（AUV）、跨界面数据桥梁、潜水艇、声呐阵列、海底基站等，它们利用无线电、深海声道等进行电磁、光学与声学通信。
，一体化的空-面-潜（air-surface-undersea）海基网络呈现在我们面前。在任何地方、任何时间与广阔的深水世界进行通信是可行的，因为有诸多信道可以利用，如深海声道、可靠声路径信道、空/海跨介质信道和海洋移动平台。有朝一日，水下色彩斑斓的鱼群活动视频将可以实时呈现在普通家庭的电视屏幕上；海底的采矿设备可以在陆基工厂中通过物联网进行遥控；自主水下航行器可以在数百公里外与母船通信联络；极端天气预报的数据可以在第一时间到达科学家手中；水下世界的信息无论从全球何处接入都具有尽可能小的时间延迟。
一、火星大气去了哪？
优质答案1
先看地球大气。
如果把地球看作一个鸡蛋，那么人类就是生活在鸡蛋壳上的小小生物，这一层蛋壳就是我们接触的地壳。这层地壳仅仅5-70千米厚，最多到地球半径的1%左右，相比鸡蛋之于鸡蛋壳要薄太多。
事实上我们生存的区域比地壳还要薄很多，仅是薄薄的一层土壤和海洋而已。
再往上，就是大气，航天领域把大气的边界界定到100千米高的卡门线，越过之后就几乎没有大气成分，用以保护卫星的火箭整流罩也都在这里被扔掉。
但实际上即便把更远的大气都收集在一起，大气的含量也极少。
剥离地球上所有大气和水后的地球丑陋不堪，但大气和水比起地球其实就这么点。。。。（图源见水印）
但就这么一点水、一些空气，滋养了地球上所有的生物。
而到了火星，，空气几乎没了。
在过去的几十亿年内，火星失去了几乎所有的氧气，氮气，大气密度大约是地球的1%。
氧气和氮气在地球大气中占据了近99%的比例、二氧化碳仅占0.04%不到。相比而言火星仅剩下的二氧化碳占据了大气95.3%，还有2.7%的氮气，氧气仅有0.1%。
虽然地球上0.04%的二氧化碳就已经导致温室效应，火星上应该更为糟糕，但无奈它的大气密度实在太低，气压也只在地球的0.6%左右，近乎真空，温室效应几乎可以忽略不计。
这是为什么？
1.失去了空气来源
如果不浇水，仙人掌也有干涸而死的一天。
如果没有空气补充，行星大气也有逐渐逃逸殆尽的一天。
地球地核和火山爆发/地质运动（图源http://dkfindout.）
所有的高温物体都有缓慢冷却的一天，任何一颗行星的内核也不例外，生活经验也告诉我们一个道理体积越大、质量越大的东西保温效果越好，比如煮熟同一锅鹌鹑蛋和鸡蛋后放入凉水里，鹌鹑蛋可以立即下手吃，但鸡蛋还可能烫到手；更冷的北方的熊（北极熊）和老虎（东北虎）比更热的南方的同类体积和重量更大也是这个道理。
想必你也知道意思了只有地球15%体积、10.7%质量的火星，内部早就凉了，大规模地质活动几乎为0。
那么就没办法将地底的金属、炭、硫、硅、氢、氧、氮等元素以火山爆发、地质运动等方式输送至地面，没有大气的进一步补充，也失去了创造生命和维持生命的可能。
火星的大小也使得它一旦冷却就陷入了几乎不可能孕育生命的恶性循环中，很多元素的循环都停止下来，没有生机。
2.没有磁场无法抵御太阳和宇宙的伤害
即便是仙人掌，也会想办法减少蒸发，但如果一直暴晒而没有夜晚，它也受不了。
如果行星空气没有任何保护，它自然会一直流失。
先以地球为例地壳之下，就是更重要的地幔和地核，直达地心。这里是超级高压高温的环境，所有的物质都处于熔融状态，越重的元素-铁和镍-逐渐沉积到中心，温度高达4000-6000摄氏度，它们还在不断缓慢流动。这部分液态内核就号称地球的发电机，因为它的能量并不来自太阳，而是来自地球形成之初时所获取的宝贵财富。
相比于它们的高温和致密结构，这些铁镍金属的缓慢流动为地球上所有生命带来了最宝贵的一个财富地球磁场。
地球磁场是地球所有生命的最终庇护 ©ESA
整个地球就象形成了一个巨大的吸铁石，地磁南极和地磁北极之间形成了一个巨大的网络将地球包围其中，这个网络实在太过巨大以至于可以有效保护地球周边数万千米处。虽然它的能量很弱，连一个普通吸铁石的强度都不如，但在这么一个持续了数十亿年的巨大网络保护下，太阳风和各种宇宙高能射线绝大部分被阻拦在地球之外，大气也可以稳定被保护下来。
否则如果磁场消失，不仅大气将会被强大能量的太阳风缓慢剥离，地球上的绝大部分生命也会因为各种辐射而消失。这一切的秘诀都在于地球依然有一个强大的液态内核处于活跃状态，它激发了地球的强大磁场。
而火星“发电机”早就停止工作了。这导致火星几乎丧失了所有的磁场，完全不足以庇护它的大气。
在亿万年的历程中，太阳风不断让外层大气带上电、大气不断被剥离。分子量越小的大气分子越容易吸收能量逃离，直到今天火星仅剩下较重的二氧化碳等分子量较大物质为主的大气，但它们还在逃走。
3. 火星引力太弱了
小花盆，撑死能容下多少水？换成无垠的大地，是不是好很多？
一个小行星，给你磁场给你大气，但你引力够束缚气体么？
地球/火星/月球对比（图源http://flickr.）
逃脱地球引力影响，你需要达到11.2千米/秒，很多大气还能被牢牢守住。
逃脱火星引力影响，你只需要达到5.0千米/秒，还能有极其稀薄的大气。
逃脱月球引力影响，你甚至只需要2.4千米/秒，所以就近乎真空了。
综上，火星地质运动基本停止，失去了大气的补充。自己内部凉掉，几乎没有磁场的保护。的，引力太弱小，面对太阳风和宇宙射线的冲击，毫无办法。
这很符合人类探测器从60年代到21世纪的前后研究结论对比，告诉我们火星大气还在进一步流失。
可以说全面改造火星大气，是没有前途的。
未来人类入驻火星，只能建立完全封闭的大型基地。
二、火星上的“海洋”为何会消失呢？
优质答案1
我们先来看看为啥现在没有明显的水。
上图显示了水与温度和压力的关系，那个黄线是地球，红线是火星。就是说，主要是因为温度和压力的原因，造成了火星表面目前没有液态水。
而且按照上图规律，如果火星的温度升高，也就是火星的夏天，冰冻的水会直接变成气态，而不会经历液态的过程。
了，也有例外。比如上图，左边是1995年拍摄的图片，右边是2005年拍摄的。很显然，多了一条液体流动的痕迹。
总而言之，因为现如今的火星大气稀薄并且温度低，造成了没有液态水。很多现象表明火星之前是有水的。
也就是说，火星上发生了什么，使得大气变得稀薄了呢？很可能是磁场的改变，火星现在的磁场很弱，无法阻挡太阳风带走大气中的分子。这就就导致了火星的大气越来越稀薄。
之前的火星，也许有比现在更强大的磁场。有了强大的磁场，那个时候的火星大气会更加浓密，液态水也就可以稳定存在。很多研究表明，火星在太阳系诞生之后10亿年是布满海洋的。
也许是因为火星的内核在这几十亿年里逐渐冷却，使得其磁场变弱，从而导致了大气的变化。所以研究火星对于人类了解地球的未来也很重要。
三、为什么有人认为金星是地球的过去，火星是地球的将来？
优质答案1
其实“金星是地球的过去，火星是地球的未来”这个说法由来已久，其实我也没搞懂是哪里来的。我觉得金星更像是地球的未来，而火星更像是地球的过去。那此话应该怎么讲呢？
其实，无论金星，地球，火星，其实都是在太阳系内部的，而太阳系99.86%的质量都是太阳质量，所以谈论太阳系内部的事情，肯定和太阳分不开。
太阳作为一颗恒星，其实地球上的生物还是很幸运的。我们要知道的是，如果恒星个头特别大，那很快就会玩完，比如参宿四，科学家们就不认为它能活过2000万年，还没有生命的历史长呢。说得难听点，灵长类的历史都比这长了好几倍。所以，这点时间也根本不够演化出高等生命的。
如果恒星太小，其实也会有个问题，那就是亮度不够，对外的辐射强度不够。举例子，如果把比邻星c挪到太阳的位置，虽然它的寿命可以达到1000亿年以上，大概率地球会变成一颗雪球，也就更不要说会有生命的存在了。
所以，其实太阳的大小刚刚好，它在主序星时期（壮年）大概是100亿年。在这100亿年内，其实是相对稳定的，持续的向外辐射热量。不过，我们要知道的是，太阳燃烧依靠的是核聚变反应，就是类似于氢弹那样的。那它为啥没一下子炸了呢？
这是因为，太阳自身的引力和核心的核聚变产生的对外压力形成了动态平衡，使得太阳核心实现了可控核聚变反应。
而我们现在地球的位置恰恰好，正好在宜居带内。
，我们可以设想一下，往前推30亿年，其实地球是不在宜居带内的，那时候得地球应该是很冷的，因为太阳的辐射强度比较小。而再往后推20亿年，地球其实就离开了宜居带，开始变得特别热，而那个时候的火星恰恰好温度适宜。所以，从这个角度来看，地球以后会经历金星已经经历过的的，火星也会经历地球正在发生的一切。
而且金星无论是体积还是质量都和地球质量差不多，引力也差不离。如果上了金星，其实是感觉不到什么太大的变化。火星就不行了，火星半径是地球的一半，在火星表面感受到的引力只有地球38%，所以从体形来看，金星其实比火星接近于地球。所以，无论咋看，金星都很像地球很像，科学家也曾对金星寄予厚望，只是没想到第一次探测之后打消了他们的念头。金星现在的环境实在太恶劣，而且温度极其高，探测器进入金星后就没撑住多久。
不过，科学家通过探测了解到，其实金星也曾经像地球这样，有液态的海洋，湖泊，也有山川，之所以变成现在这副模样，其实完全是因为太阳的辐射强度提升造成的。
而未来的地球说不定也会经历这一切，而且大概率是发生在20亿年后。而在10亿年后，如果人类对于火星加以改造，兴许火星可以变成第二颗地球。（不过，我个人觉得概率较低，因为火星毕竟已经凉透了，没有地磁，无法对抗猛烈的太阳风。）
所以，我觉得，地球的未来真的有可能会像金星那样，由于太阳辐射强度的提升，变成一颗死气沉沉的行星。而火星是不是可以变成现在地球的模样，还很难说。
优质答案2
太阳系八大行星中距离地球最近的是金星，但人类未来移民开发的重点是火星，这种违和感其实是因为金星的大气层浓厚且几乎全是二氧化碳，这就导致不论是探测器还是宇航员都无法在500℃高温和90倍地球大气压的环境下待下去。
火星的环境虽然也很严酷，但和金星比起来难度明显要小的多。太阳系宜居带大致分布在金星轨道到火星轨道之间，地球正是长期处于这个位置才演化出了生命和我们人类文明，但太阳系的宜居带范围并不是一成不变的。
任何一颗恒星的光度都会随着年龄的增加而增加，通俗的说就是恒星会越来越热，像太阳这种黄矮星其光度每过1.1亿年就会增强1%，如此算下来最多20亿年地球的海洋就会被太阳全部蒸发干净，而以往寒冷的火星和木星的卫星在此时却有可能会因为太阳光度的增加而变得宜居。
所以说从长远来看，地球早晚会变成一颗土黄色的星球，但由于地球大气中的二氧化碳含量只有0.03%而不是金星的97%，未来的地球并不会变成第二个金星。
任何一颗行星都不可能永远适合人类居住，不论地球未来会变成什么样子，对于我们来说都不重要，因为千百年内人类就将离开地球甚至是离开太阳系，唯一可惜的就是目前的人类寿命和整个文明的进程相比实在是太短了，未来的星际移民也好星际探险也罢，都和现在的我们没有一点关系。