火星表面是怎样的

火星表面是怎样的

火星为距太阳第四远，也是太阳系中第七大行星：

公转轨道: 离太阳227,940,000 千米 (1.52 天文单位)

行星直径: 6,794 千米

质量: 6.4219e23 千克

火星(希腊语: 阿瑞斯)被称为战神。这或许是由于它鲜红的颜色

而得来的；火星有时被称为“红色行星”。（趣记：在希腊人之前，古

罗马人曾把火星作为农耕之神来供奉。希望殖民火星的人可能会喜欢

这个名字）而月份三份的名字也是得自于火星。

火星在史前时代就已经为人类所知。由于它被认为是太阳系中人

类最好的住所（除地球外），它受到科幻小说家们的喜爱。但可惜的

是那条著名的被Lowell“看见”的“运河”以及其他一些什么的，都只是

如Barsoomian公主们一样是虚构的。

第一次对火星的探测是由水手4号飞行器在1965年进行的。人们接

连又作了几次尝试，包括1976年的两艘海盗号飞行器。此后，经过长

达20年的间隙，在1997年的七月四日，火星探路者号终于成功地登上

火星。

火星的轨道是显著的椭圆形。因此，在接受太阳照射的地方，近

日点和远日点之间的温差将近30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（-55℃，-67华氏度），但却具

有从冬天的140K（-133℃，-207华氏度）到夏日白天的将近300K（27℃，

80华氏度）的跨度。尽管火星比地球小得多，但它的表面积却相当于

地球表面的陆地面积。

除地球，火星是具有最多各种有趣地形的类地行星。其中不乏一

些壮观的地形：

－ 奥林匹斯山脉： 它在地表上的高度有24千米（78000英尺），是太

阳系中最大的山脉。它的基座直径超过500千米，并由一座高达6千

米（20000英尺）的悬崖环绕着；

－ Tharsis: 火星表面的一个巨大凸起，有大约4000千米宽，10千米高；

－ Valles Marineris: 深2至7千米，长为4000千米的峡谷群；

－ Hellas Planitia: 处于南半球，6000多米深，直径为2000千米的冲

击环形山。

火星的表面有很多年代已久的环形山。但是也有不少形成不久的山

谷、山脊、小山及平原。

在火星的南半球，有着与月球上相似的曲型的环状高地。相反的，

它的北半球大多由新近形成的低平的平原组成。这些平原的形成过程十

分复杂。南北边界上出现几千米的巨大高度变化。形成南北地势巨大差

异以及边界地区高度剧变的原因还不得而知（有人推测这是由于火星形

成初期的一次巨大碰撞所形成的）。最近，一些科学家开始怀疑那些陡

峭的高山是否在它原先的地方。这个疑点将由“火星全球勘测员”来解决。

（可惜它的运行失败了－－校注）

火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和有关的大量数据来推

断的。一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成；外包一

层熔岩，它比地球的地幔更稠些；最外层是一层薄薄的外壳。相对于其

他固态行星而言，火星的密度较低，这表明，火星核中的铁（铁和硫化

铁）可能含带较多的硫。

如同水星和月球，火星也缺乏活跃的板块运动；没有迹象表明火星

发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动。由于没有横向

的移动，在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态。再加之地面的

轻微引力，造成了Tharis凸起的巨大的火山。但是，人们却未发现火山

最近有过活动的迹象。虽然，火星可能曾发生过很多火山运动，可它看

来从未有过任何板块运动。

火星上曾有过洪水，地面上也有一些小河道，十分清楚地证明了许

多地方曾受到侵蚀。在过去，火星表面显然存在过水，甚至可能有过大

湖和海洋。但是这些东西看来只存在很短的时间，而且据估计距今也有

大约四十亿年了。（Valles Marneris不是由流水通过而形成的。它是

由于外壳的伸展和撞击，伴随着Tharsis凸起而生成的）。

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。但由于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。因此，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。

火星的早期是怎样的？人们对火星上的岩石的分析转为对火星磁场

的研究，并从中发现了远古火星的一些概貌。

火星的那层薄薄的大气主要是由余留下的二氧化碳（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Olympus Mons

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

高其表面5K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。由于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在着冰水层。

这种现象的原因还不知道，但或许是由于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

存在。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）。

但是最近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。火星的大气现在似乎比海盗号勘测出的更冷、更干了（详

细情况请看来自STScI站点）。

海盗号尝试过作实验去决定火星上是否有生命，结果是否定的。但乐

观派们指出，只有两个小样本是合格的，并且又并非来自最好的地方。以

后的火星探索者们将继续更多的实验。

一块小陨石（SNC陨石）被认为是来自于火星的。

1996年8月6日，戴维·朱开(David McKay) 等人宣称，在火星的陨石中

首次发现有有机物的构成。那作者甚至说这种构成加上一些其他从陨石中得

到的矿物，可以成为火星古微生物的证明。

如此惊人的结论，但它却没有使有外星人存在这一结论成立。自以戴维

·朱开发表意见后，一些反对者的研究也被发布。但任何结论都应当“言之有

理，言之有据”。在没有十分肯定宣布结论之前仍有许多事要做。

在火星的热带地区有很大一片引力微弱的地方。这是由火星全球勘探者

号在它进入火星轨道时所获得的意外发现。它们可能是早期外壳消失时所遣

留下的。这或许对研究火星的内部结构、过去的气压情况，甚至是古生命存

在的可能都十分有用。

在夜空中，用肉眼很容易看见火星。由于它离地球十分近，所以显得很

明亮。

火星的卫星

火星有两个小型的近地面卫星。

卫星 距离 半径 质量 发现者 发现日期

(千米) (千米) (千克)

火卫一 9000 11 1.08e16 Hall 1877

火卫二 23000 6 1.80e15 Hall 1877

未知点

为什么火星的南北近日点处有如此大的差别？为什么其近南北极

处的大气罩不同？

在火星上仍有活火山吗？

是什么使火星上的被侵蚀处的形态与地球上的河床如此相似？

火星上有多少地下水？

火星被认为是最可能存在生命的行星列表中的头一个。“海盗号”

没有发现其上有生命的迹象。但是他们只测试了两个独立的区域。其

他未测的区域是否会有生命，异或是在过去的某个时候火星上曾存在

生命？最近有关陨石的证据还需确定。多次的勘测研究会带来结果的。

探索火星的前景较之其他行星尤为乐观。NASA的火星全球勘测者

号载着许多从不幸的火星观察者号中拿来的科学仪器，正运行在它的

轨道上工作(可是，全球勘测者也是不幸的，它在登上火星之后，无法

与地面工作人员发送讯号，宣告“死亡”－－校注）。火星探路者号

携带的登陆机于1997年7月4日成功地登上火星。（第三批探索者，俄

罗斯的火星 96, 在升空时失败）。一些其他的探索计划在1998年实

行，但在俄罗斯，甚至在美国，资金仍是一个大问题。1995年的火星

观察者号的提案未被国会通过；没有人能预言未来探测任务的政治性。

最初的俄罗斯的火星 96（后又被称为火星 98）的计划已放弃了。现

在日本正在为其名为“行星B”的火星探索任务进行计划；如果美国犹

豫不决的话，或许他们会使用火箭来完成任务。

火星是地球之内邻星，星等1.5—2.8等。地球人类对火星从迷惑到认识，从望星兴叹到飞临探测。从本世纪开始，人类将逐步对其实施改造，使之成为未来人类之第二家园。

(一)火星概况(火星改造的前提)：

(1)火星基本参数：距日平均2.28亿Km，直径6787Km，地球体积的15％、质量的10.8％、表面重力的38％，公转687地球日，轨道倾角24度(因而有四季气候更替)， 自转1.026地球日，有两颗小而不规则的天然卫星。

(2)火星)：气层：大气成份：C02 95％，N2 2.7％，Ar l.6％，02 0.13％，水蒸气0.03％，少量甲烷及微尘；气压700帕(地球大气密度之7％o)。

云层主要：是C02干冰，无O3层；经常刮风暴，沙尘满天，此起彼伏，风速可达180M／S。

(3)火星表面温度：尽管有温室效应，白天-12oC，晚上-76oC，平均-32oC；夏日中午短时可达290C以上，冬夜在-125oC以下。两极有白色极冠，主要成份为水冰，其次为干冰。极冠大小，随季节而变化，最大可覆盖到纬度60度。

(4)表面地质地貌：南半球主要是布满山脉、古河床和陨石坑的古老高原；北半球主要是布满火山熔岩的平原；地貌崎岖险恶。奥林匹斯盾火山直径700Km，火山口径80Km，高度27Km；赫拉斯陨石坑直径2000Km，深4Km；水手大峡谷长5000Km；古河床长1000Km，宽60Km。地表偶有火山活动。

岩石和土壤主要成份是石英和赤铁矿，岩石、石块、土壤、泥尘交融，看上去是一个低温、干燥、低气压、生锈、褐色的荒凉世界、不毛之地。没有生命设防：无磁场、无O3层、大气稀薄，太阳紫外线和宇宙线幅射很强，达生物致死剂量。

(二)地球人类对火星的探测(火星改造的基础)：

火星在天穹上是一颗红色亮星，自古就吸引了人们的注意。我国先人取名“荧惑”(奇妙的红光)；古巴比伦人称“尼嘎”(刚烈英雄)；古埃及人称“哈·底契”(红色亮星)；古希腊人称“阿瑞斯”(战神)；古罗马人称“玛尔斯”(神火之星)。Mars之名被国际沿用至今。

1609年伽利略用自制望远镜观测火星，开创人类用科学仪器研究火星之先河。1877年米兰天文台台长亚帕雷利斯基观测火星之后，宣布发现“火星运河”及“火星人!”于是“大战火星人”等小说和电影应运而生。1976年美国海盗号飞船拍摄到“西多尼亚人头”像，人们认为是火星人：正建造产物或认为是火星神灵显现，警告地球人类不得侵犯火星!

近半个世纪以来，现代人类陆续用先进仪器探测火星，主要目的是了解火星表面环境，以考虑人类如何前往生存：探索火星有否水源，并求证实火星是否存在生命。

1975年美国向火星发射“海盗1号”和“海盗2号”飞船，其轨道器和着陆器分别从空间到地面对火星99％的面积开展了多项勘测，采集土壤标本进行化验。研究表明，火星表面环境极端恶劣，连生命力极强的微生物也未能发现，更没有什么火星人!

之后人们收集到12块火星陨石，其中1984年美国学者在南极洲发现一块重1.9Kg的火星陨石(ALHS,4001)，发现其上有原始细胞化石，碳氢化合物及碳酸盐，类似于地球原始生命活动产物，一时又将火星生命探索推向高潮。

半世纪以来，美国、前苏联、欧洲、日本等陆续向火星发射三十八艘探测装置，其中二十一艘失败，十七艘成功，五个着陆器先后登陆，获空间、地面照片二十多万张，数据三万多份。最近两艘是2003年分别发射，2004年1月3日登陆的“勇气号”和1月25日登陆的“机遇号”火星探测车(高智能机器人)。经定点勘测，证实火星上存在一定数量的水(冰)，看到了火星远古海洋和洪水泛滥的残迹，科学界认为火星过去曾是一个温暖潮湿的世界。水是生命之先决条件，以上探测成果为解答火星生命之谜提供了线索，为地球人类未来对火星之改造、开发和利用开辟了前景。

有报道美国拟于2007年派出机器人去挖取火星岩石和土壤标本回地球化验， 2020年发射火星通讯卫星，通过国际合作-2030年建造火星轨道空间站，争取本世纪中实现地球人类之火星旅游及下世纪之火星移民。