今天的火星看起來與數十億年前有很大不同。科學家認為，這顆行星曾經有流動的水、更厚的大氣層和更溫暖的氣候。現在，這顆紅色星球被寒冷、乾燥、稀薄的空氣層包圍。
研究人員認為，造成這種轉變的最大原因是太陽風。數十億年來，從太陽不斷流出的帶電粒子流逐漸侵蝕了火星的大氣層。隨著大氣層變薄，地球冷卻，大部分地表水消失。
NASA 正在透過 2025 年 11 月 13 日啟動的 ESCAPADE（逃逸與等離子體加速和動力學探索者）任務來研究這個過程。該任務的科學儀器自 2 月 25 日起已啟動並全面運作。這些儀器將幫助他們研究火星如何失去如此多的大氣層以及太陽如何塑造今天的行星。該航天器還將在靠近地球和前往火星的旅程中收集有關太空天氣的新資訊。
任務到達火星時收集的數據可以幫助美國太空總署更好地保護有一天可能探索火星的太空人。
美國太空總署華盛頓總部太陽物理學部主任喬·韋斯特萊克表示：「這對開創性的 ESCAPADE 不僅將調查太陽在導致火星無法居住的過程中所扮演的角色，還將幫助開發針對火星太陽事件的太空天氣協議，以便未來人類前往這顆紅色星球執行任務。」「加入太陽系太陽艦隊艦隊後，ESCAPADE 將成為另一個氣象站，使人類物理任務艦隊更成功。
第一次火星任務
ESCAPADE 之所以脫穎而出，是因為它使用了兩個在火星軌道上協同工作的太空船。這種協調方法使科學家能夠同時從兩個地點觀察地球的磁性環境，提供單一太空船無法獲得的見解。
這對太空船將監測火星磁層的快速變化，磁層是行星周圍受磁力影響的區域。透過這樣做，研究人員希望確定火星大氣緩慢流入太空的過程。
美國太空總署總部 ESCAPADE 計畫科學家米歇爾·卡什 (Michele Cash) 表示：“擁有兩艘太空船將幫助我們了解因果關係：與火星相關的太陽風如何與磁場相互作用。”
先前的任務已經使用單一太空船研究了火星的大氣層。 ESCAPADE 建立在這項工作的基礎上，讓科學家同時從兩個不同的角度觀察。
加州大學柏克萊分校的首席研究員 Rob Lillis 表示：“ESCAPADE 任務改變了遊戲規則。” “它給了我們所謂的立體視角——同時提供兩種不同的視角。”
當太空船到達火星時，它們最初將遵循相同的軌道路徑，在略有不同的時間經過相同的區域。這項策略將幫助科學家確定地球磁環境變化的時間和地點。
「當我們有兩艘太空船連續經過這些區域時，我們可以監測這些區域在兩分鐘的時間尺度上如何變化，」利利斯說。 “這將使我們能夠進行以前從未做過的測量。”
大約六個月後，太空船將進入不同的軌道。一個將離火星更近，而另一個將離火星更遠。這個為期五個月的階段將使研究人員能夠觀察接近火星的太陽風，同時研究火星對其磁層的反應。
“以前的太空船可能在太陽風中，或者它們可能靠近行星測量其磁層，”莉利斯說，“但 ESCAPADE 允許我們同時到達這兩個地方，同時測量因果關係。”
為未來的人類火星任務做準備
前往火星的太空人將比地球上的人受到更多的太陽輻射。
地球受到強大的全球磁場的保護，使其免受來自太陽的高能量粒子的影響。火星曾經有較強的磁場，但隨著時間的推移而減弱。如今，火星表面散佈著磁性區域，這是由太陽風與火星高層大氣中的帶電粒子相互作用產生的不斷變化的磁場。
這種不尋常的組合形成了科學家所說的「混合」磁層。不幸的是，它對太陽風的保護有限，因為太陽的高能量粒子更容易到達地球表面。火星稀薄的大氣層加劇了這種脆弱性，為未來的探險家創造了一個充滿挑戰的環境。
「在將人類送上火星之前，我們需要了解這些太空人將遇到什麼樣的環境，」卡什說。
ESCAPADE也將提高科學家對火星電離層的了解。高層大氣的這個區域很重要，因為未來的太空人將依靠它在地球上傳輸無線電和導航訊號，類似於地球的通訊系統。
「如果我們想要在火星上進行 GPS 或遠端通信，我們就需要了解電離層，」利利斯說。
一條不尋常的火星航線
大多數火星任務都是在地球和火星在其軌道上對齊時發射的，這一事件每 26 個月發生一次。 ESCAPADE 正在測試另一個可以靈活未來火星任務的策略。
該太空船不是直接飛往火星，而是圍繞著太空中距地球約 100 萬公里的一個點（稱為拉格朗日點 2）運行。當 2026 年 11 月地球和火星再次對齊時，太空船將從地球拉回，並利用行星的引力將其推向火星。該任務預計於 2027 年 9 月抵達。
在此階段，太空船將沿著一個距離地球約 200 萬英里的大型「徘徊」軌道運行。這條路徑將帶他們穿過地球遙遠的磁尾的一個未探索的區域，這是地球磁環境中背向太陽的部分。
「我們將進行一些發現科學，」莉利斯說。 “到目前為止，還沒有人測量過地球的尾巴。”
隨後，在為期10個月的火星之旅中，太空船將繼續研究太陽風和行星際空間的磁性條件。這些環境與太空人在前往紅色星球的途中將穿越的環境相同。
ESCAPADE 任務由 NASA 太陽物理學部資助，是 NASA 行星探索小型創新任務計畫的一部分。加州大學柏克萊分校的太空科學實驗室與主要合作夥伴火箭實驗室一起執行任務；美國太空總署位於馬裡蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心；安柏瑞德航空航天大學；先進的太空；和起源藍。
