火星的真實(shí)彩色影像是2007年2月由羅塞塔號(hào)拍攝的。圖：esa-European space agency max-Planck institute for solar system research for Osiris team esa/

火星(Mars)是距離太陽(yáng)第四近的行星，是四個(gè)地球行星之一。

在英語(yǔ)中火星被稱為瑪爾斯（Mars，意思是戰(zhàn)神），古漢語(yǔ)中則因?yàn)樗鼰蔁扇缁?，位置、亮度時(shí)常變動(dòng)讓人無(wú)法捉摸而稱之為熒惑?；鹦窃谝曈X(jué)上呈現(xiàn)為橘紅色是由其地表所廣泛分布的氧化鐵造成的。無(wú)論是質(zhì)量還是體積，在太陽(yáng)系的八大行星中，火星比水星略大，為第二小的行星。火星的直徑約為地球的一半，自轉(zhuǎn)軸傾角、自轉(zhuǎn)周期則與地球相當(dāng)，但繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一周則需花費(fèi)約兩倍于地球的時(shí)間。

在1965年水手4號(hào)首次飛掠火星之前，很多人猜測(cè)火星上有液態(tài)水，因?yàn)橥h(yuǎn)鏡觀測(cè)到的明暗特征猶如陸地和海洋，而一些細(xì)長(zhǎng)條紋則被認(rèn)為是灌溉用的運(yùn)河。雖然之后證實(shí)細(xì)線并不存在，可能只是錯(cuò)視，但火星已經(jīng)證實(shí)有液態(tài)水，甚至生命?；鹦强燔囂?hào)和火星偵察軌道器的雷達(dá)數(shù)據(jù)顯示兩極和中緯度地表下存2013年9月26日，火星探測(cè)車好奇號(hào)發(fā)現(xiàn)火星土壤含有豐富水分，大約為1.5至3重量百分比，顯示火星有足夠的水資源供給未來(lái)移民使用。2015年9月證實(shí)火星有間歇流動(dòng)的液態(tài)水（液態(tài)鹽水）。

火星目前有四艘在軌運(yùn)行的探測(cè)船，分別是火星奧德賽號(hào)、火星快車號(hào)和火星偵察軌道器以及剛抵達(dá)的MAVEN軌道器，數(shù)量是太陽(yáng)系內(nèi)除了地球以外最多的。地表還有很多火星車和著陸器，包括兩臺(tái)火星探測(cè)漫游者：精神號(hào)和機(jī)會(huì)號(hào)，和最近結(jié)束任務(wù)的鳳凰號(hào)。根據(jù)觀測(cè)的證據(jù)，火星以前可能覆蓋大面積的水。亦觀察到最近十年內(nèi)類似地下水涌出的現(xiàn)象?；鹦侨蚩睖y(cè)者則觀察到南極冠有部份退縮。

火星的衛(wèi)星

火星有兩個(gè)天然衛(wèi)星：火衛(wèi)一和火衛(wèi)二，形狀不規(guī)則，可能是捕獲的小行星。在地球，火星肉眼可見(jiàn)，亮度可達(dá)-2.9，只比金星、月球和太陽(yáng)暗，但在大部分時(shí)間里比木星暗。

火衛(wèi)一（左）和火衛(wèi)二（右）大小比較（合成圖）。圖：PD-USGov-NASA

火星的物理特征

火星直徑約是地球的一半，體積為15%，質(zhì)量為11%，表面積相當(dāng)于地球陸地面積，密度則比其他三顆類地行星還要小很多。以半徑、質(zhì)量、表面重力來(lái)說(shuō)，火星約介于地球和月球中間：火星半徑約為月球的兩倍、地球的一半，質(zhì)量約為月球九倍、地球的九分之一，表面重力約為月球的2.5倍、地球的2.5分之一。

火星的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)

火星與太陽(yáng)平均距離為1.52AU，公轉(zhuǎn)周期為687地球日，1.88地球年（以下稱年），或668.6火星日。平均火星日為24小時(shí)39分35.244秒，或1.027491251地球日。

火星自轉(zhuǎn)軸傾角為25.19度，和地球的相近，因此也有四季，只是季節(jié)長(zhǎng)度約為兩倍。由于火星軌道離心率大，為0.093（地球只有0.017），使各季節(jié)長(zhǎng)度不一致，又因遠(yuǎn)日點(diǎn)接近北半球夏至，北半球春夏比秋冬各長(zhǎng)約40天。2009年10月26日為北半球春分，2010年5月13日為夏至，目前北半球處春季。

火星軌道和地球的一樣，受太陽(yáng)系其他行星影響而不斷變動(dòng)。軌道離心率有兩個(gè)變化周期，分別是9萬(wàn)6千年和2.1百萬(wàn)年，于0.002至0.12間變化；而地球的是十萬(wàn)年和41.3萬(wàn)年等，于0.005至0.058間變化（見(jiàn)米蘭科維奇循環(huán)）。目前火星與地球最短距離正慢慢減小。至于自轉(zhuǎn)軸傾角，火星目前是25.19度，但可由13度至40度間變化，周期一千多萬(wàn)年，不像地球的穩(wěn)定處于22.1和24.5度間，是因?yàn)榛鹦菦](méi)有如月球般的巨大衛(wèi)星來(lái)維持自轉(zhuǎn)軸。也因沒(méi)有大衛(wèi)星的潮汐作用，火星自轉(zhuǎn)周期變化小，不像地球的會(huì)被慢慢拉長(zhǎng)，因此現(xiàn)今兩行星的自轉(zhuǎn)周期相近只是暫時(shí)現(xiàn)象。

火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、礫石遍布，沒(méi)有穩(wěn)定的液態(tài)水體。二氧化碳為主的大氣既稀薄又寒冷，沙塵懸浮其中，每年常有塵暴發(fā)生。與地球相比，地質(zhì)活動(dòng)不活躍。

火星地表地貌大部份于遠(yuǎn)古較活躍的時(shí)期形成，充滿撞擊坑，有密布的隕石坑、火山與峽谷，包括太陽(yáng)系最高的山：奧林帕斯山和最大的峽谷：水手號(hào)峽谷。另一個(gè)獨(dú)特的特征是南北半球的明顯差別：南方是古老、充滿隕石坑的高地，北方則是較平坦的平原，兩極皆有主要以水冰組成的極冠，而上覆的干冰會(huì)隨季節(jié)消長(zhǎng)。

基于撞擊坑密度的撞擊坑計(jì)數(shù)法可判別出地表年齡：撞擊坑大而密集處較老，反之則年輕，進(jìn)而將地質(zhì)年代分為四個(gè)階段：前諾亞紀(jì)、諾亞紀(jì)、赫斯珀利亞紀(jì)和亞馬遜紀(jì)。前諾亞紀(jì)沒(méi)有留下實(shí)質(zhì)地表，此時(shí)地形南北差異形成，有全球性磁層；諾亞紀(jì)有大量隕石撞擊，火山活動(dòng)旺盛，可能有溫暖潮濕的大氣、河川和海洋，侵蝕旺盛，但到末期這些活動(dòng)已減弱很多；赫斯珀利亞紀(jì)，火山活動(dòng)仍然繼續(xù)；亞馬遜紀(jì)則是大氣稀薄干燥，以冰為主要活動(dòng)，如極冠、冰凍層、冰河，并有周期性變遷，溝壑也是這時(shí)期形成，火山活動(dòng)趨緩并集中在塔爾西斯與埃律西昂。

由于火星比地球小，相對(duì)表面積與體積成反比而較大，因此火星核心的冷卻得比地球快，地質(zhì)活動(dòng)趨緩，磁場(chǎng)和板塊運(yùn)動(dòng)消逝，大氣變薄使液態(tài)水無(wú)法穩(wěn)定存在。

現(xiàn)今火星風(fēng)成地形遍布，如吹蝕、磨蝕等風(fēng)蝕作用，和沙塵遇地形阻礙而填積、侵積等風(fēng)積作用。（名詞解釋：）前者形成如廣泛分布于梅杜莎槽溝層的風(fēng)蝕脊，后者則如大瑟提斯高原上撞擊坑下風(fēng)處的沙塵堆積，和撞擊坑中常見(jiàn)的沙丘。

2012年8月，加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的教授尹安在分析了100張來(lái)自火星勘測(cè)軌道飛行器的衛(wèi)星圖片后發(fā)現(xiàn)，火星有類似地球主要板塊劃分的構(gòu)造特點(diǎn)。

火星的地理信息

火星地形圖，中央為東經(jīng)180度。低到高順序?yàn)樗{(lán)、綠、黃、紅到最高的白。

火星和地球一樣擁有多樣的地形，有高山、平原和峽谷。南北半球的地形有著強(qiáng)烈的對(duì)比：北方是被熔巖填平的低原，南方則是充滿撞擊坑的古老高地，而兩者之間以明顯的斜坡分隔；火山地形穿插其中，眾多峽谷分布各地，南北極有以水冰與干冰組成的極冠，而風(fēng)成沙丘廣布整個(gè)星球。隨著衛(wèi)星拍攝的越來(lái)越多，更發(fā)現(xiàn)很多耐人尋味的地形景觀。

20世紀(jì)早期地面以無(wú)線電波測(cè)量火星地形。1976年海盜號(hào)進(jìn)行的地形測(cè)量，發(fā)現(xiàn)了峽谷和南北半球的巨大差異，而衍生出北方平原本是海洋的假說(shuō)?；鹦侨蚩睖y(cè)者自1999年起以雷射進(jìn)行更精確的地形測(cè)量，得出目前使用的全球地形圖，以火星大地水準(zhǔn)面（Areoid）為基準(zhǔn)，最高點(diǎn)在奧林帕斯山，高21,229公尺；最低點(diǎn)在希臘平原，低于基準(zhǔn)8,200公尺。現(xiàn)在很多探測(cè)器如火星勘察衛(wèi)星、火星快車號(hào)和火星探測(cè)漫游者運(yùn)用航照?qǐng)D的地形判別方法，以視差法來(lái)測(cè)量區(qū)域地形，并制成高分辨率立體照片。

火星的經(jīng)度坐標(biāo)采用東經(jīng)0至360度，不是地球的東西經(jīng)各180度。

來(lái)自火星奧德賽號(hào)上熱輻射成像系統(tǒng)（THEMIS）的影像顯示阿爾西亞山北坡有七個(gè)可能的深洞，照片中光線無(wú)法抵達(dá)底部，推測(cè)底部可能更深、更寬，可能免受微隕星、紫外線、太陽(yáng)閃焰和其他高能粒子的侵害，可能是未來(lái)尋找液態(tài)水或生命痕跡的可行地點(diǎn)。但后來(lái)火星勘察衛(wèi)星的更高分辨率HiRISE影像部分推翻了之前猜測(cè)，認(rèn)為只是光線角度造成深不見(jiàn)底的樣子。

火星的大氣

十八世紀(jì)自地面望遠(yuǎn)鏡觀察到云，顯示火星擁有大氣層。自地面的光譜測(cè)量發(fā)現(xiàn)大氣主要為二氧化碳。1960年代水手4號(hào)、6號(hào)和7號(hào)亦證實(shí)此結(jié)果，但測(cè)出平均地表氣壓只有6百帕，小于地球表面氣壓的1%，相當(dāng)于地球表面算起35公里高的氣壓，如此低的氣壓使聲音傳播的距離只有在地球上的1.5%。隨著二氧化碳與水氣量的季節(jié)變化，氣壓變化可達(dá)20%。由于火星比地球離太陽(yáng)遠(yuǎn)，日射量較少，表面溫度應(yīng)較低，計(jì)算值約210K，但實(shí)際觀測(cè)地表平均約240K，則是因?yàn)榇罅康亩趸妓斐傻臏厥倚?yīng)。由于大氣層很薄，無(wú)法保留很多熱，使地表日夜溫差很大，某些地區(qū)地表溫度白天可達(dá)28℃，夜晚可低至-132℃，平均-52℃。

火星大氣成分為95%的二氧化碳，3%的氮?dú)猓?.6%氬氣，很少的氧氣、水氣等，亦充滿著很多懸浮塵埃，吸收藍(lán)光使天空成黃褐色。2003年火星大沖時(shí)地面望遠(yuǎn)鏡在大氣中發(fā)現(xiàn)了甲烷；2004年3月，火星奧德賽號(hào)確認(rèn)了這一發(fā)現(xiàn)。由于甲烷易被紫外線分解，存在甲烷表示現(xiàn)在或者最近幾百年內(nèi)在火星上存在制造甲烷的來(lái)源，火山作用、地質(zhì)作用、彗星或小行星撞擊甚至生物來(lái)源如甲烷古菌等都有可能。

2013年9月19日，根據(jù)從好奇號(hào)得到的進(jìn)一步測(cè)量數(shù)據(jù)，NASA科學(xué)家報(bào)告，并沒(méi)有偵測(cè)到大氣甲烷（atmospheric methan）存在跡象，測(cè)量值為0.18±0.67 ppbv，對(duì)應(yīng)于1.3 ppbv上限（95%置信限），因此總結(jié)甲烷微生物活性概率很低，可能火星不存在生命。但是，很多微生物不會(huì)排出任何甲烷，仍舊可能在火星發(fā)現(xiàn)這些不會(huì)排出任何甲烷的微生物。

由太空所見(jiàn)的火星稀薄且充滿塵埃的紅色大氣層。左下方是阿爾及爾平原。圖：NASA

火星上的氣候

火星自轉(zhuǎn)軸有明顯傾斜，日照的年變化形成明顯的四季變化，而一季約為地球的兩倍長(zhǎng)。雖然火星沒(méi)有地球般受海洋影響的復(fù)雜氣候，但仍有以下特殊之處：火星軌道離心率比地球大，造成日射量在一年當(dāng)中變化更大，位于近日點(diǎn)時(shí)，南半球處夏季，比北半球遠(yuǎn)日點(diǎn)夏季所造成的升溫更強(qiáng)；隨季節(jié)交替，二氧化碳和水氣會(huì)升華和凝結(jié)而在兩極冠間遷移，驅(qū)動(dòng)大氣環(huán)流；地表反照率特征，因顏色深淺和沙、巖性質(zhì)差異而造成的熱慣量（thermal inertia）不同，可影響大氣環(huán)流；易發(fā)生的塵暴會(huì)將沙塵粒子卷入高空，沙塵粒子吸收日光與再輻射會(huì)使高層大氣增溫，但屏蔽天空的沙塵會(huì)使地表降溫；自轉(zhuǎn)軸傾角和軌道離心率的長(zhǎng)期變化則造成了氣候的長(zhǎng)期變遷?；鹦潜砻娴钠骄鶞囟缺鹊厍虻?0度以上。

火星上的水文

火星地表遍布著流水的遺跡，有些是洪水刻畫而成，有些則是降雨或地下水流動(dòng)而形成，但多半年代久遠(yuǎn)。沖蝕溝（gullies）則是另一類規(guī)模較小的地形，但形成年代十分久遠(yuǎn)，常分布于撞擊坑壁，型態(tài)多樣。關(guān)于成因有兩派說(shuō)法，一派認(rèn)為是由流動(dòng)的水造成，另一方則認(rèn)為是凹處累積的干冰促使了松軟物質(zhì)滑動(dòng)。

火星南北極有明顯的極冠，曾被認(rèn)為是由干冰組成，但實(shí)際上絕大部分為水冰，只有表面一層為干冰。這層干冰在北極約1公尺厚，在南極則約8公尺厚，是冬季時(shí)凝華而成，到夏季則再度升華進(jìn)入大氣，不過(guò)南極的干冰并不會(huì)完全升華。夏季仍存在的部分稱為永久極冠，而整體構(gòu)造稱做極地層狀沉積（Polar Layered Deposits），和地球南極洲與格陵蘭冰層一樣為一層層的沉積構(gòu)造。北極冠寬達(dá)1,100公里，厚達(dá)2公里，體積82.1萬(wàn)立方公里；南極冠寬達(dá)1,400公里，最厚達(dá)3.7公里，體積約1.6百萬(wàn)立方公里。兩極冰冠皆有獨(dú)特的螺旋狀凹谷，推論主要是由光照與夏季接近升華點(diǎn)的溫度使溝槽兩側(cè)水冰發(fā)生差異融解和凝結(jié)而逐漸形成的。

2011年由火星勘察衛(wèi)星的淺地層雷達(dá)發(fā)現(xiàn)南極冠有部分原本認(rèn)為是水冰的地層其實(shí)是干冰，所含二氧化碳量相當(dāng)于大氣含量的80%，這比以往認(rèn)為的要多很多。根據(jù)此的仿真結(jié)果，十萬(wàn)年一周期的氣候變遷中借由干冰升華、凝結(jié)，大氣總質(zhì)量的變化幅度會(huì)達(dá)數(shù)倍。由這些干冰沉積上方地表的下陷與裂隙判斷，干冰正在慢慢升華。

自海盜號(hào)即發(fā)現(xiàn)，火星北半球中緯度有幾處峽谷底含有條紋流動(dòng)狀的地表特征，但不確定是富含冰的山崩、含冰土的流動(dòng)或是塵礫覆蓋的冰河。但根據(jù)更新任務(wù)的數(shù)據(jù)與比對(duì)地球的相關(guān)地形，支持這些是冰河，且推測(cè)是自轉(zhuǎn)軸傾角較大時(shí)的氣候狀態(tài)下所累積的。

由火星奧德賽號(hào)X射線光譜儀的中子偵測(cè)器得知，自極區(qū)延伸至緯度約60°的地方表層一公尺的土壤含冰量超過(guò)60%，推論有更大量的水凍在厚厚的地下冰層（cryosphere）。另外一個(gè)關(guān)于火星上曾存在液態(tài)水的證據(jù)，就是發(fā)現(xiàn)特定礦物，如赤鐵礦和針鐵礦，而這兩者都需在有水環(huán)境才能形成。

對(duì)于于火星上有冰存在的直接證據(jù)在2008年6月20日被鳳凰號(hào)發(fā)現(xiàn)，鳳凰號(hào)在火星上挖掘發(fā)現(xiàn)了八粒白色的物體，當(dāng)時(shí)研究人員揣測(cè)這些物體不是鹽（在火星有發(fā)現(xiàn)鹽礦）就是冰，而四天后這些白粒就憑空消失，因此這些白粒一定升華了，鹽不會(huì)有這種現(xiàn)象。2008年7月31日，美國(guó)航空航天局科學(xué)家宣布，鳳凰號(hào)火星探測(cè)器在火星上加熱土壤樣本時(shí)鑒別出有水蒸氣產(chǎn)生，從而最終確認(rèn)火星上有水存在。

2013年9月26日，美國(guó)航空航天局科學(xué)家報(bào)告，火星探測(cè)車好奇號(hào)發(fā)現(xiàn)火星土壤含有豐富水分，大約為1.5至3重量百分比，顯示火星有足夠的水資源供給未來(lái)移民使用。

2015年9月28日，美國(guó)航空航天局宣布，在火星上發(fā)現(xiàn)液態(tài)的鹽水。根據(jù)火星勘測(cè)軌道飛行器配備的光譜儀獲得的數(shù)據(jù)，研究人員在火星的神秘斜坡上發(fā)現(xiàn)了水合礦物。這些暗色條紋表明火星地表隨時(shí)間變化有流水存在。在較溫暖的季節(jié)，這些線條的顏色變得更深，表明水流在斜坡上出現(xiàn)，在較冷的季節(jié)，這些地表特征變淺。在火星的部分地區(qū)，最高溫度可以達(dá)到攝氏零下23度，此時(shí)深色線條最明顯。

火星文化說(shuō)

古中國(guó)：取其“熒熒如火、亮度與位置變化甚大使人迷惑”之意，命名“熒惑”。《尚書·舜典》記載：“在璿璣玉衡以齊七政?！笨追f達(dá)疏：“七政，其政有七，于璣衡察之，必在天者，知七政謂日月與五星也。木曰歲星，火曰熒惑星，土曰鎮(zhèn)星，金曰太白星，水曰辰星?！苯袢談t取名“火星”。

古希臘：因火紅之色而取名“Ares”（音：阿瑞斯），原自希臘神話的戰(zhàn)神，天神宙斯的兒子阿瑞斯（希臘語(yǔ)：?ρη?）。

古羅馬：因火紅之色而取名“Mars”（音：馬爾斯），原自羅馬神話的戰(zhàn)神瑪爾斯（拉丁語(yǔ)：Mars）。

參考資料

1. WJ百科-英文版

文章作者：北極光

審核人員：北極光

最終審核： 零度星系

編輯用時(shí)：2018年11月26日-2018年11月27日

審核用時(shí)： 一個(gè)小時(shí)

最后更新：2018年11月27日星期一

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全文排版：天文在線（零度星系）/北極光

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