火星 Mars

海盗2号轨道船　(C) USGS / NASA
　　火星是从太阳数来第四颗行星，轨道半径为22,794万公里 (1.52AU)；直径为6,794公里；质量是6.4219x1023公斤。

　　火星自史前时代就已为人所知，直至今日，它仍是科幻小说除了地球以外最常出现的太阳系场景。不过，美国天文学家罗威尔 (Lowell) 在二十世纪初「看」到的火星「运河」(canals)，曾引起多少世人无尽的遐想，如今己确定这真的纯属幻想，事实上并不存在。

　　最早造访火星的探测船是1965年美国的水手4号 (Mariner 4)，之后陆续有许多探测船到过火星，包括第一艘登陆的火星2号 (Mars 2)、在1976年登陆的二艘海盗号登陆艇 ，而在长达20年的中断后，新一代的探测船火星探路者号 (Mars Pathfinder, MPF) 在1997年4月成功登陆火星 。

　　火星的公转轨道相当椭圆，这使得火星正对太阳处的温度在一年之间有很大的变化：在近日点与远日点之间可以相差到约30℃，这是影响火星气候的主要因素之一。火星表面的平均温度约为218K (-55℃)，但实际温度从冬半球极区的140K (-133℃) 至夏半球向阳面的300K (27℃)，差异相当大。

　　火星虽然比地球小得多，但其表面与地球陆地可说是大致相同。

　　除了地球，火星是类地行星中地形最多变的行星，以下是它的一些壮丽地景：

　　．奥林帕斯山 (Olympus Mons)：是太阳系中最巨大的山，从四周平原算起足足有24公里高，整个火山有500公里宽，单是环绕山边的峭壁就有6公里高；
　　．Tharsis bulge：火星表面的巨大隆起，有4,000公里宽、10公里高；
　　．水手峡谷 (Valles Marineris)：全长4,000公里、深2至7公里的超级大峡谷群 ；
　　．Hellas Planitia：位于南半球的撞击坑，宽2,000公里、深6公里。

　　火星表面很多地方都非常的古老且多坑洞；但也有很多较年轻的裂谷、山脊、丘陵及平原。

　　火星南半球主要是古老而多坑洞的高地 ，有一点像是月球表面；北半球则主要是由相对年轻得多的、高度较低的、地质史更为复杂的平原所组成，而在二区之间似乎有一道高差达数公里的明显边界。这种地形上的区分及明显的边界究竟是基于什么原因，目前为止并不清楚，有一种推测认为这是由于火星在形成随后的一次超级大撞击事件所造成。目前有一些科学家已开始质疑上述的明显边界到底是否存在，火星全球探勘者号 (Mars Global Surveyor, MGS) 或可解答这个议题。

　　有关火星内部的了解只能从其表面资料及整体数据经大量计算得知。火星很可能有一个半径约1,700公里的核、一个密度较地球地函高的火成岩函及一个薄壳。火星比其它类地行星的密度都来得低，这可能是因为火星核除了铁质之外，还含有较多的硫化物碎片所致，换句话说，火星核可能是由铁及硫化铁组成。

　　就像水星和月球一样，火星目前似乎没有活动中的板块构造运动，在火星上找不到近代表面水平移动的证据，如地球上常见的褶皱山脉。由于没有横向的板块移动，在火星壳以下的热点 (hot-spots) 长期在地表固定停驻在一处，再加上火星的表面重力薄弱，这或许就是形成火星表面巨大火山及隆起的原因。虽然火星目前并无火山活动的迹象，但火星全球探勘者号发现的一些新证据指出，在火星地质史的早期可能曾有构造运动，这个发现已引发了科学家拿来与地球比较的高度与趣。

　　火星表面许多地方有极清楚的侵蚀地形，包括大规模的洪泛痕迹及一些小河系 ，这说明了火星表面以前必定曾一度有流水，也许有大湖甚至海洋。但这样的岁月似乎并不长久而且是很久以前的事了，据推估差不多是40亿年前。至于着名的水手峡谷则并非由流水造成，它是在 Tharsis bulge 生成时，火星壳被拉张而形成。

　　火星过去曾经更像地球，它的二氧化碳多被固定在碳酸盐岩石中，然而由于没有板块构造运动，火星并不能像地球一样将这些二氧化碳释放回大气中，因而无法拥有足够的温室效应，使得火星就算是位于地球的位置，气温还是远比地球寒冷得多。

　　火星有一层很薄的大气，主要由仅余的二氧化碳 (95.3%) 加上一点氮 (2.7%)、氩 (1.6%) 、微量的氧 (0.15%) 及水气 (0.03%) 所组成。表面平均大气压大约只有7百帕，还不到地球的百分之一，在各地的气压变化很大，从最深的盆地底几乎有9百帕，到奥林帕斯山顶大约只有1百帕不等。虽然只有这一点大气，却已经足以产生非常剧烈的强风及尘暴，甚至常常笼罩整颗行星达数月之久！火星大气的温室效应仅能使表面温度提高5K，远不及金星与地球。

　　火星的两极有永冻的冰冠，冰冠主要是由干冰 (固态二氧化碳) 组成，呈现出由暗色尘沙与冰层交替的层状结构。在北半球夏季，二氧化碳会自冰层全部升华至大气中，只剩下水冰层；但是南极冰冠有没有水冰层就没那么清楚了，因为南极冰冠 的干冰从未全部消失过。火星冰冠层状结构的成因尚无定论，也许是因为火星赤道面与公转轨道面交角的长期变化所致。此外，在较低纬区的表面之下说不定也有水冰的存在。海盗2号登陆艇的观测数据显示，火星冰帽大小的季节性变化使得大气压力变化幅度可达25%之高！

　　由哈伯太空望远镜 的最新观测结果得知，海盗任务期间的火星似乎并不是处于典型状态，目前火星的大气似乎比海盗号登陆艇观测的时候更冷、更干，进一步的讯息可参阅 STScI 网站。

　　海盗号登陆艇曾做过一些确定火星上是否有生命的实验，虽然结果略显含混，但如今大部分科学家都相信这些实验结果并未显示出任何火星有生命的证据。在这方面仍有一些争议，乐观者指出这些实验仅仅分析了2个小样本，而采样地点也不是很恰当，实验结果的代表性存疑。未来的火星任务将会进行更多的实验分析。

　　另一方面，地球上有少量的陨石 (SNC 陨石) 咸信是来自于火星。1996年8月6日，David McKay 等人发表了第一件在火星陨石中鉴定出有机物的报告，作者进一步指出，这些有机物以及陨石中一些其它的矿物特征，或许正是火星远古时代曾有微生物的证据。

　　多惊人的宣告！但须特别注意的是，虽然这个证据总是被强调，但其实尚并不足以支持外星生命确实存在的想法。自从这份报告发表以来，又有许多不同结论的相关研究发表。划时代的宣告总需要划时代的证据，在我们确信这个划时代宣告属实之前，恐怕还有许多研究要进行。

　　火星没有全球性的磁场，但在许多区域具有微弱的磁场，这是火星全球探勘者号在刚进入火星轨道数天内就意外发现的，这些区域磁场可能是已不复存在的全球磁场所残留下来的。这个发现对于火星内部结构以及大气演化史的相关研究也许会提供很重要的帮助，而后者又可进一步用以研究火星远古生命存在的可能性。

　　在晚上，火星是很容易用肉眼观测的，视地球与其相对位置的不同，它的亮度变化很大。有些网站可以显示火星及其它行星在天空的现在位置；更多的细节及图表则可以在一些星图软体如Starry Night中找到。

火星的卫星
　　火星有两颗小卫星，它们的轨道都很接近火星。两颗卫星都是在1877年12月间由美国天文学家Hall发现。它们的体积都很小，火卫二甚至是太阳系最小的卫星。

          距中心距   半径   质量
卫星名称       (千km)   (km)   (kg) 发现者 日期
------------- -------- ------ ------- ------ ----
火卫一 Phobos     9     11   1.08e16   Hall   1877
火卫二 Deimos     23     6   1.80e15   Hall   1877
　　火卫一 (弗伯斯) 较大也较接近火星，事实上它是太阳系中最接近行星的卫星，距火星表面只有6,000公里 。1971年水手9号 (Mariner 9)、1977年海盗1号及1988年火卫一号 (Phobos) 均曾传回火卫一的影像；而仅有海盗1号传回过火卫二 (戴莫斯) 的影像 。

　　火卫一的公转周期远低于同步状态，刚好与月球的情形相反，所以它的轨道会愈来愈低，大约5千万年后它就会撞毁于火星表面，或是更有可能被分裂成火星环。

　　火卫一和火卫二的组成可能是富含碳的岩石，与C型小行星类似，然而它们的密度太低，因而不可能纯由岩石组成，可能掺杂有水冰。一般公认它们都是捕捉自小行星，甚至有些人认为它们是来自外太阳系而非小行星带。它们可能是受到木星重力扰动而导致被火星捕捉的。

　　火星的这两颗卫星都满布坑洞。火卫一有一个巨大的 Stickney 撞击坑，当初这场撞击必定带来很大的震憾，火卫一表面上的沟纹说不定也与此有关。火星全球探勘者号新近发现火卫一表面覆盖了一层约1公尺厚的细尘，与月球表面的风化层相近。

　　前苏联探测船火卫一2号发现火卫一表面有微弱但稳定发散的气体，可惜在还没确定其任何性质前，这艘探测船就故障了。火卫一2号曾传回少许影像 。

　　未来，火卫一和火卫二可能会被当作研究火星的「太空站」或是往返火星的中继站，尤其是万一它们真的含有水冰的话就更有价值了。

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