火星的形成與太陽系的演化密切相關，其形成過程可追溯至約 46 億年前太陽系初期的物質聚集。以下從天文理論和科學證據角度，詳細解析火星的形成過程：

一、太陽系形成的背景：太陽星云假說

火星的形成始于太陽星云的坍縮。

• 太陽星云的組成

  由氣體（氫、氦為主）和塵埃（硅、鐵、鎂等重元素）組成的旋轉云團。

• 坍縮觸發

  可能因附近超新星爆發的沖擊波或自身引力不穩定，星云中心物質向核心聚集，形成原始太陽，周圍剩余物質形成扁平的原行星盤。

在原行星盤中，內太陽系（火星所處區域）溫度較高，氣體易揮發，僅巖石和金屬礦物（如橄欖石、鐵鎳合金）能凝結成固體顆粒。這些顆粒通過靜電作用吸附聚集，形成毫米級到厘米級的星子（Planetesimals）。

2.星子的吸積與增長

星子通過引力和碰撞逐漸合并：

• 小星子碰撞后粘合，質量增大，引力增強，吸引更多物質；

• 約經過數百萬年，星子聚集成直徑數百公里的原行星（Protoplanet），即火星的雛形。

原行星持續吸積周圍物質，核心因引力壓縮升溫，形成金屬內核（主要為鐵鎳），外層覆蓋硅酸鹽地幔和地殼。火星的質量約為地球的 1/10，因其所處區域物質密度較低，吸積物質總量較少，故體積小于地球。

三、火星形成的關鍵證據

1. 同位素年代學
   火星隕石（如 ALH84001）的同位素分析顯示，其形成時間與太陽系初期一致（約 45.6 億年前），與地球和隕石的同位素組成相似，支持太陽系天體同源假說。

2. 行星結構對比
   火星的內部結構（固態內核、硅酸鹽地幔、薄地殼）與內太陽系巖石行星（地球、金星、水星）一致，區別于外太陽系的氣態巨行星，印證了內太陽系物質以巖石金屬為主的形成環境。

3. 撞擊坑與早期演化
   火星表面密布的古老撞擊坑表明，其形成后經歷了太陽系早期的重轟炸期（約 41-38 億年前），大量小行星撞擊進一步塑造了其表面形態，這也是太陽系內行星形成后的共同演化特征。

• 物質分布差異

  內太陽系中，靠近太陽的區域物質因高溫揮發，剩余固體物質總量較少，火星軌道處的物質密度低于地球軌道，導致吸積物質有限。

• 木星的影響

  外太陽系的木星形成后，強大的引力擾動了內太陽系物質的分布，可能減少了火星可吸積的物質，抑制其進一步增長。

• 磁場與大氣

  火星形成早期可能因核心熔融產生磁場，但因體積小、散熱快，核心逐漸冷卻，磁場消失，大氣被太陽風剝離，形成如今的稀薄大氣。

• 地質活動

  火星形成初期地質活躍（如火山活動），形成奧林帕斯山等巨型火山，但因內部能量耗盡，地質活動逐漸停止。

火星的形成是太陽系早期物質吸積的產物，其過程遵循巖石行星的形成規律，而其大小和環境差異則造就了它與地球不同的演化路徑。對火星形成的研究，不僅揭示了行星誕生的奧秘，也為探索地外生命和太陽系演化提供了關鍵線索。

編丨瀟歌

圖丨網絡

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