天文科普：火星

　　火星直径约是地球的一半，体积为15%，质量为11%，表面积相当于地球陆地面积，密度则比其他三颗类地行星（地球、金星、水星）还要小很多。 以半径、质量、表面重力来说，火星约介于地球和月球中间：火星直径约为月球的两倍、地球的一半;质量约为月球九倍、地球的1/9，表面重力约为月球的2.5倍、地球的2\5。

　　火星是太阳系由内往外数第四颗行星，属于类地行星，直径约为地球直径的一半，自转轴倾角、自转周期相近公转一周则花两倍时间。在西方称为战神玛尔斯星，中国则称为荧惑星因为它荧荧如火，位置、亮度时常变动。其橘红色外表是因为地表被赤铁矿（氧化铁）覆盖，英文里前缀areo-即为火星，火星被认为是太阳系中最有可能存有地外生命的行星。

　　火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水体，以二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生与地球相比，地质活动不活跃，地表地貌大部份于远古较活跃的时期形成有密布的陨石坑、火山与峡谷，包括太阳系的山：奥林帕斯山和的峡谷：水手号峡谷另一个独特的地形特征是南北半球的明显差别：南方是古老、充满陨石坑的高地，北方则是较年轻的平原火星两极皆有主要以水和冰组成的极冠，而且上面覆盖的干冰会随季节消长。

　　火星的地表景观

　　火星到地球的距离

　　近距离约为5500万公里，最远距离则超过4亿公里。两者之间的近距离接触大约每2020年出现一次。1988年火星和地球的距离以前达到约5880万公里，而在2020年两者之间的距离将达到5760万公里。但在2003年的8月27日火星与地球的距离仅为约5576万公里，是6万年来最近的一次。

　　不过据天文学家推算，在从公元1600年到2400年这800年间，火星与地球的近距离只能排在第三位。根据推算结果，到2366年9月2日，两者之间的距离将为约5571万公里。而到2287年8月28日，两者将更为接近，距离为约5569万公里。

　　一般来说，火星和地球距离近的年份是最适合登陆火星和在地面对火星观测的时机。

　　（图中为在虚拟天文馆stellarium中所观察到的火星及其天然卫星火卫一弗伯斯与火卫二戴摩斯）

　　火星在西方被称为战神，这或许是因为它鲜红的颜色而得来的，所以火星有时被称为“红色行星”。（在希腊人之前，古埃及人曾把火星作为农耕之神来供奉。后来的古希腊人把火星作为战神阿瑞斯，而古罗马人继承了希腊人的神话，将其称为“战神玛尔斯”。北欧神话里，火星是战神提尔。而月份三月的名字也是得自于火星。)

　　火星在中国古称“荧惑星”，这是因为火星呈红色，荧光像火，在五行中象征着火它的亮度常有变化；而且在天空中运动，有时从西向东，有时又从东向西，情况复杂，令人迷惑，所以中国古代叫它“荧惑”，有“荧荧火光、离离乱惑”之意。

　　环境地貌

　　温度

　　火星的轨道是椭圆形。所以，在接受太阳照射的地方，近日点和远日点之间的温差将近160摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为218K（开尔文，温度单位，即从绝对零度-273.15℃开始的摄氏度）（-55℃，-67℉），但却具有从冬天的140K（-133℃，-207℉）到夏日白天的将近300K（27℃，80℉）的跨度。即使火星比地球小得多，但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。

　　大气

　　火星的大气密度只有地球的大约1%，非常干燥，温度低，表面平均温度零下55℃，水和二氧化碳易冻结。在火星的早期，它与地球十分相似。像地球一样，火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但因为缺少地球的板块运动，火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中，从而无法产生意义重大的温室效应。所以，即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置，火星表面的温度仍比地球上的冷得多。

　　火星的那层薄薄的大气主要是由遗留下的二氧化碳（95.3%）加上氮气（2.7%）、氩气（1.6%）和微量的氧气（0.15%）和水汽（0.03%）组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴（比地球上的1%还小），但它随着高度的变化而变化，在盆地的最深处可高达9毫巴，而在奥林帕斯山脉的顶端却只有1毫巴。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星

　　那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应，但那些仅能提升其表面5℃的温度，比我们所知道的金星和地球的少得多。

　　火星的两极永久地被固态二氧化碳（干冰）覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的，它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天，二氧化碳完全升华，留下剩余的冰水层。因为南部的二氧化碳从没有完全消失过，所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存有着冰水层（左图）。这种现象的原因还不知道，但或许是因为火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存有。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25%左右。（由海盗号测量出）。但是通过哈勃望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况。火星的大气似乎比海盗号勘测出的更冷、更干。

　　水的存有

　　火星的低压下，水无法以液态存有，只在低海拔区可短暂存有。而冰倒是很多，如两极冰冠就包含大量的冰。

　　2007年三月，NASA就声称，南极冠的冰假如全部融化，可覆盖整个星球达11米深。另外，地下的水冰永冻土可由极区延伸至纬度约60°的地方。

　　在1965年水手4号首次飞掠火星之前，很多人猜测火星上有液态水，因为望远镜观测到的明暗特征犹如陆地和海洋，而一些细长条纹则被认为是灌溉用的运河。虽然之后证实细线并不存有，可能仅仅错视，但火星很可能拥有液态水，甚至生命。火星快车号和火星侦察轨道器的雷达资料显示两极和中纬度地表下存有大量的水冰。2008年7月31日，凤凰号直接于表土之下证实水冰的存有。

　　火星当前有三艘运作中的探测船，分别是火星奥德赛号、火星快车号和火星侦察轨道器，数量是太阳系内除了地球以外最多的。地表还有很多火星车和着陆器，包括两台火星探测漫游者：勇气号和机遇号，和结束任务的凤凰号。根据观测的证据，火星以前可能覆盖大面积的水。亦观察到内类似地下水涌出的现象。]火星世界勘测者则观察到南极冠有部份退缩。

　　火星上曾有过洪水，地面上也有一些小河道，十分清楚地证明了很多地方曾受到侵蚀。在过去，火星表面存有过干净的水，甚至可能有过大湖和海洋。但是，因为火星引力小，水蒸成气体，这些东西只存有很短的时间，而且据估计距今也有大约40亿年了。（Valles Marneris不是由流水通过而形成的。它是因为外壳的伸展和撞击，伴随着Tharsis凸起而生成的）。

　　推论有更大量的水冻在厚厚的地下冰层（cryosphere），只有当火山活动时才有可能释放出来。的一次是在水手谷形成时，大量水释出，造成的洪水刻划出众多的河谷地形，流入克里斯平原。另一次较小的一次，是在五百万年前科伯洛斯槽沟（Cerberus Fossae）形成时，释出的水在埃律西姆平原（Elysium Planitia）形成冰海，至今仍能看见痕迹。对于火星上有冰存有的直接证据在2008年6月20日被凤凰号发现，凤凰号在火星上挖掘发现了八粒白色的物体，当时研究人员揣测这些物体不是盐（在火星有发现盐矿）就是冰，而四天后这些白粒就凭空消失，所以这些白粒一定升华了，盐不会有这种现象。火星世界勘测者所照的高分辨率照片显示出相关液态水的历史。即使有很多巨大的洪水道和具有树枝状支流的河道被发现，还是没发现更小尺度的洪水来源。推测这些可能已被风化侵蚀，表示这些河道是很古老的。火星世界勘测者高解析照片也发现数百个在陨石坑和峡谷边缘上的沟壑。它们趋向坐落于南方高原、面向赤道的陨石坑壁上。因为没有发现部分被侵蚀或被陨石坑覆盖的沟壑，推测他们应是非常年轻的。有个特别引人注目的例子。短短6年，这个沟壑又出现新的白色沉积物。NASA火星探测计划（Mars Exploration Program）的首席科学家麦克·梅尔（Michael Meyer）表示，只有含大量液态水才能形成这样的样貌。而水是出自降水、地下水或其他来源仍是一个疑问。不过有人提议，这可能是二氧化碳霜或是地表尘埃移除造成的。

　　湖的遗迹

　　环绕火星的卫星证实了照片上巨大的陨石坑以前是一个火山湖。火星车在一个水流的沉积物成扇形的三角洲着陆而发现了它。这个65千米宽的陨石坑虽然已经彻底干枯了，但是这种迹象表明古老的火星上以前很湿润。图片上的三角洲位于火星南部高地的厄伯斯华德陨石坑，看起来像是一个向右边凹进的半圆。它是在37亿年前一次小行星的猛烈撞击下形成的。

　　陨坑只有右边是完整的，其余的被一个由后来陨石猛烈撞击形成的更大的霍尔登陨坑所掀起的碎屑覆盖。在图片上看，霍尔登陨坑在图片的左边。

　　好奇号火星探测器拍摄的最新高清照片（6张）

　　这就是原始的火山湖，火星探测器在一个水流的沉积物成扇形的三角洲着陆而拍摄到的奇观。这个巨大的火星陨石曾是一个火山湖，完全处于潮湿的状态，而如今因为无数次的陨石撞击，它早已干枯。陨石坑的右边保存完整，不过其余部分由后来陨石猛烈撞击形成的更大的霍尔登陨坑所掀起的碎屑覆盖。如今能够看来这个河口三角洲显示火星曾是水世界。狭长，弯曲的河道，用于湖水的流淌和沉积物的储存。因为多年的侵蚀作用和行星的碰撞，沉积物掩埋堆积而促使表面干枯。厄伯斯华德陨坑被完整的保留，只有警示性的115㎞²的三角洲可见。在陨石坑上部附近有一条狭长，弯弯曲曲的河道用来蓄水和储存沉积物的。三角洲的特殊性描绘出了一个曾充满水的火山湖，清晰有力的证据显示火星表面曾有液态水流淌过。厄伯斯华德和霍尔登陨坑都曾很自然的被认定为美国宇航局下一个火星车“好奇号”的着陆点的候选者。

　　美国国家航空暨太空总署宣布，“好奇号”火星探测车在火星发现了一个早已干涸的远古淡水湖，并且找到了碳、氢、氧、硫、氮等关键的生命元素。科学家表示，理论上这个湖泊以前支持过一些简单的微生物存活。我们大胆的设想，这个距离地球至少有5576万公里的星球，说不定真有更高等级的生命。

　　远古海洋

　　据美国太空网报道，科学家们已经掌握更多证据证明在数十亿年前火星表面的绝大部分地区以前被广阔的海洋覆盖相关这项发现的文章已经刊载于7月12日出版的《地球物理学报》上。

　　这些最新的证据来自正围绕火星运行的强大飞船“火星勘测轨道器”(MRO)拍摄的图像。根据这些图像科学家们识别出一个巨大的冲积三角洲这个三角洲所在的河流最终注入一个面积几乎覆盖1/3火星表面的巨型海洋。

　　论述这项发现的论文作者之一是美国加州理工学院地质学助理教授麦克·兰博(Mike Lamb)，他表示：“科学家们长期以来一直认为火星北半球广阔的低地平原是一片干涸的古代海洋，但是苦于缺乏确凿的证据。”

　　此次的研究结果即使距离给出直接的证据仍然有距离，但它的确进一步支持了这个理论。研究小组仔细审视由火星勘测轨道器搭载的HiRise相机拍摄的火星北半球低地地区一小片区域的高分辨率图像。该设备能够识别火星地表10英寸(约合25厘米)直径的物体。更加具体来说，科学家们仔细观察了一个名为“Aeolis Dorsa”的区域中的一部分，面积约100㎞²，这片地区距离盖尔陨石坑约620英里(约合1000公里)。盖尔陨坑便是美国好奇号火星车登陆的地方，它正在这个地区展开地质考察。

　　这个小块区域中分布有很多隆起的脊线，这主要是长期流水沉积下来的一些较粗砾石堆积形成的这种脊线在其所在的河流干涸很久之后仍然能够继续存有，从而告诉科学家们这里以前存有过的水系的情况。HiRise相机的图像让科学家们得以以极高的分辨率查看这个小块地区的地表情况。研究人员发现这些高起的脊线呈放射状扩散而地形上朝向脊线末端逐渐降低高度，这就像是地球上的河流三角洲——即河流入海口附近的情况。

　　在此之前在火星上便已经发现过河流三角洲遗迹。但是其中绝绝大部分都位于陨石坑或其它地质学上封闭的区域内，所以那些案例所提示的是火星过去存有的湖泊，而不是一个世界性的海洋。但是这次的发现不同。研究论文的第一作者，加州理工的博士后罗曼·迪比尔斯(Roman DiBiase)表示：“这可能是说服力的证据之一证明存有一个注入火星北部广阔水域的河流三角洲遗迹。”

　　但是至于这个位于火星北半球的巨大水体究竟规模几何，仍然是一个开放性的问题但是它至少以前完全淹没了Aeolis Dorsa地区，覆盖面积至少为3.86万平方英里(约合10万平方公里)。甚至很有可能这就是长期以来科学家们苦苦寻找证据的火星世界海洋的证据有一部分科学家甚至认为这个海洋有可能覆盖了火星1/3的面积，

　　研究组也指出，这个三角洲所在的位置不排除在过去可能以前也是位于一个陨石坑内部，但是后来这个陨石坑被完全侵蚀殆尽了。如果是这种情况那么就说明火星上的地质活动要比我们原先设想的复杂得多。

　　接下来研究人员打算继续沿着这个地区附近的“海岸线”搜寻古代海洋存有的证据，从而为揭示这颗红色星球过去更加温暖潮湿的气候环境提供证据兰博表示：“在我们和其他人的工作中，包括好奇号火星车所做的研究都已经在火星上发现了丰富的沉积纪录这些沉积纪录反映了火星过去环境的线索，包括降水，地表水体，河流三角洲以及可能存有的海洋”：“火星的古代环境以及这些环境下产生的沉积纪录，都和地球非常相似，

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