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火星的真彩色图像,2007年2月由Rosetta拍摄,照片:ESA-欧洲航天局和Max-Planck太阳系研究所为OSIRIS团队拍摄ESA/MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA

火星是距离太阳第四近的行星,是四颗类地行星之一。在英语中,火星被称为火星神话(Mars,意为战神),而在古代汉语中,它被称为“火星”,因为它的位置和亮度是不断变化的,不可预测的。火星橙红色的外观是由其表面广泛分布的氧化铁造成的。就质量和体积而言,在太阳系的八大行星中,火星略大于水星,是第二小的行星。火星的直径约为地球的一半,从轴倾角开始的自转周期与地球相当,但绕太阳公转一周的时间约为地球的两倍。

在1965年水手4号首次飞越火星之前,许多人猜测火星上有液态水,因为望远镜观察到的明暗特征像陆地和海洋,一些细长的条纹被认为是灌溉用的运河。虽然后来证实细线不存在,也许只是错觉,但火星已经证实有液态水甚至生命存在。“火星快车”和“火星勘测轨道器”的雷达数据显示,极地和中纬度次表层是存在的。2013年9月26日,火星车好奇号发现火星的土壤富含水,约占1.5至3重量百分比,表明火星有足够的水资源供未来的移民使用。2015年9月,证实火星上存在间歇性液态水(液态盐水)。

目前在火星轨道上有四艘探测船,分别是火星奥德赛号、火星快车号、火星侦察轨道器和刚刚抵达的MAVEN轨道器。数量是太阳系除地球之外最多的。表面也有许多火星车和着陆器,包括两辆火星车:勇气号和机遇号,以及最近完成任务的凤凰号。根据观测证据,火星以前可能覆盖了大面积的水域。在过去十年中,也观察到类似的地下水喷涌现象。世界各地的火星勘测者观察到南极冰盖已经部分消退。

火星的卫星

火星有两颗天然卫星:火卫一和火卫二,形状不规则,可能是被捕获的小行星。在地球上,火星肉眼可见,亮度为-2.9,仅比金星、月亮和太阳暗,但大部分时间比木星暗。

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火卫一(左)和戴莫斯(右)的大小比较(合成图)。照片:PD-USGov-NASA

火星的物理特征

火星直径约为地球的一半,体积为15%,质量为11%。它的表面积相当于地球的陆地面积,密度远小于其他三颗类地行星。就半径、质量和表面重力而言,火星大约位于地球和月球的中间:其半径大约是月球的两倍和地球的一半,质量大约是月球的九倍和地球的九分之一,表面重力大约是月球的2.5倍和地球的2.5倍。

火星的自转和公转

火星到太阳的平均距离为1.52AU,公转周期为687个地球日,1.88个地球年(以下简称年),即668.6个火星日。火星日平均为24小时39分35.244秒,即1.027491251个地球日。

离火星轴倾角25.19度,和地球差不多,所以有四季,但四季大约长一倍。因为火星的轨道偏心率是0.093(地球只有0.017),每个季节的长度不一致,又因为远日点接近北半球的夏至,所以北半球的春夏比秋冬长40天左右。2009年10月26日是北半球春分,2010年5月13日是夏至,北半球现在是春天。

火星的轨道和地球的轨道一样,在太阳系其他行星的影响下不断变化。轨道偏心率有两个周期,分别为96000年和210万年,周期在0.002-0.12之间变化;地球的是10万年,41.3万年等等。,其从0.005变化到0.058(参见米兰科维奇周期)。目前,火星与地球的最短距离正在缓慢减小。至于轴倾角,火星目前的温度是25.19度,但它可以在13度到40度之间变化,周期超过1000万年。不像地球的稳定度在22.1度到24.5度之间,是因为火星没有像月球那样巨大的卫星来维持它的自转轴。还有,因为没有大卫星的潮汐作用,火星的自转周期变化不大,不像地球,会慢慢拉长。所以目前两颗行星自转周期相近只是暂时现象。

火星基本上是一个沙漠星球,地表遍布沙丘和砾石,没有稳定的液态水体。以二氧化碳为主的大气稀薄寒冷,尘埃悬浮其中。沙尘暴每年经常发生。与地球相比,地质活动是不活跃的。

火星表面地形大多形成于远古时期的一个活跃期,到处都是撞击坑,有无数的陨石坑、火山和峡谷,包括太阳系最高的山峰奥林匹斯山和最大的峡谷水手峡谷。另一个独特之处是北半球和南半球的明显区别:南部是布满陨石坑的古老高地,而北部是相对平坦的平原,两极的极冠主要由水冰组成,上覆的干冰会随着季节的变化而起伏。

基于环形山密度的环形山计数法可以区分地球表面的年龄:环形山大,密集的地方老,而环形山年轻,进而可以将地质年龄分为前诺亚、诺亚、西方和亚马逊四个阶段。前诺亚时期没有留下真正的地表,此时形成了南北差异,出现了全球磁气圈。诺亚有大量陨石撞击,火山活动剧烈。那里可能有温暖潮湿的大气、河流和海洋,而且侵蚀很剧烈,但到了最后,这些活动已经减弱了很多。火山活动在西方时期仍在继续;在亚马逊地区,大气稀薄干燥,以冰为主要活动,如极冠、冻土层和冰川,具有周期性变化。这一时期也形成了沟壑,火山活动减缓,集中在塔西斯和埃卢奇安。

由于火星比地球小,相对表面积与体积成反比,其核心冷却速度比地球快,地质活动减缓,磁场和板块运动消失,大气层变薄,液态水无法稳定存在。

现在火星的风成地形比比皆是,有风蚀、磨蚀等风蚀,也有因地形阻碍造成的沙尘填充、侵蚀等风积。(术语解释:)前者形成为广泛分布于美杜莎海沟层的风蚀岭,后者则像大忒提丝高原上撞击坑下风处的沙尘堆积,撞击坑内常见的沙丘。

2012年8月,加州大学洛杉矶分校教授尹安分析了火星勘测轨道飞行器的100幅卫星图像,发现火星具有类似于地球主要板块划分的结构特征。

火星的地理信息

火星地形图,中心在东经180度。从低到高的顺序是蓝、绿、黄、红到最高的白。

像地球一样,火星有不同的地形,包括山脉、平原和峡谷。北半球和南半球的地形形成了强烈的对比:北半球是充满熔岩的低地,而南半球是布满撞击坑的古老高地,两者被明显的斜坡隔开;火山穿插其中,许多峡谷分布在全国各地。南北极有水冰和干冰组成的极冠,风成沙丘广泛分布于地球各处。随着卫星照片越来越多,许多有趣的景观被发现。

20世纪初,火星的地形是通过地面上的无线电波测量的。1976年维京号进行的地形测量发现了峡谷与南北半球的巨大差异,并推导出北部平原最初是海洋的假设。从1999年开始,火星全球勘测者利用激光进行了更为精确的地形勘测,获得了现在的全球地形图,该地形图以火星Areoid为基准,最高点在奥林匹斯山,高21229米;最低点在希腊平原,比基准低8200米。现在很多探测器,如火星探测卫星、火星快车、火星探测火星车等,都是利用航拍照片的地形判别法,通过视差法测量区域地形,制作高分辨率立体照片。

火星的经度坐标是东经0到360度,不是地球的东西经度180度。

火星奥德赛号上的热辐射成像系统(THEMIS)的图像显示,木槿山北坡可能有7个深洞。照片中,光线无法到达底部。据推测,底部可能更深更宽,可能受到微陨石、紫外线、太阳耀斑和其他高能粒子的保护。它可能是未来寻找液态水或生命痕迹的可行之地。然而,后来火星侦察卫星更高分辨率的HiRISE图像部分推翻了之前的猜测,即只是光线的角度导致了无底的外观。

火星的大气层

18世纪从地面望远镜观察到的云显示火星有大气层。地面光谱测量显示,大气主要是二氧化碳。水手4号、6号和7号在20世纪60年代也证实了这一结果,但地面平均气压只有6百帕,不到地球表面气压的1%,相当于距离地球表面35公里高的气压。如此低的气压使得声音传播的距离只有地球的1.5%。随着二氧化碳和水的季节变化,气压变化20%。由于火星比地球离太阳更远,太阳辐射更少,表面温度更低,计算值约为210K,但观测表面平均约为240K,这是由于大量二氧化碳造成的温室效应。因为大气层很薄,保留不了多少热量,所以地球表面昼夜温差很大。部分地区地表温度白天可达28℃,夜间低至-132℃,平均-52℃。

火星的大气成分是95%的二氧化碳、3%的氮气、1.6%的氩气、很少的氧气、水蒸气等。还填充了大量悬浮的灰尘,吸收蓝光,让天空空黄棕色。2003年,地面望远镜在火星撞击期间发现了大气中的甲烷。2004年3月,火星奥德赛证实了这一发现。因为甲烷容易被紫外线分解,所以甲烷的存在表明现在或者最近几百年火星上有甲烷产生的来源。火山作用、地质作用、彗星或小行星撞击,甚至生物来源如古细菌甲烷都是可能的。

2013年9月19日,根据好奇号获得的进一步测量数据,美国宇航局科学家报告称,没有探测到大气甲烷的迹象,测量值为0.18±0.67 ppbv,对应1.3 ppbv的上限(95%置信限)。所以甲烷微生物活动的概率很低,有可能火星上没有生命。然而,许多微生物不释放任何甲烷,在火星上仍然有可能找到这些不释放任何甲烷的微生物。

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Tai 空观测到的火星稀薄尘埃红色大气。左边是阿尔及尔平原。照片:美国宇航局

火星气候

火星的自转轴明显倾斜,日照的年变化形成明显的四季,一季大约是地球的两倍。火星虽然没有像地球一样受海洋影响的复杂气候,但它仍然具有以下特点:火星轨道的偏心率大于地球,这导致太阳辐射在一年中的变化更大。当它位于近日点时,南半球夏季的增温强于远日点时的北半球;随着季节的交替,二氧化碳和水蒸气会升华凝结,在极冠之间迁移,驱动大气环流;地表反照率的特征,颜色深度和沙石性质引起的不同热惯性,都能影响大气环流;容易发生的沙尘暴会涉及到空高的尘粒。尘埃粒子对太阳光的吸收和再辐射会提高高层大气的温度,但屏蔽day 空的尘埃会降低地表温度。轴倾角和轨道偏心率的长期变化导致了气候的长期变化。火星表面的平均温度比地球低30多度。

火星水文学

火星表面覆盖着流水的痕迹,有些是洪水雕刻的,有些是降雨或地下水流形成的,但大多数都是古老的。冲沟是另一种小规模地形,但形成时间较长,往往分布在冲击坑壁上,类型多样。关于原因有两派,一派认为是流水造成的,另一派认为是凹处堆积的干冰促使软质材料滑动。

火星的南北极有明显的极冠,曾经以为是由干冰构成的,但实际上大部分是水冰,只有表层是干冰。这层干冰在北极约1米厚,在南极约8米厚。冬季凝结形成,夏季再次升华到大气中,但南极的干冰不会完全升华。夏天仍然存在的部分称为永久极冠,而整个结构称为极地层状沉积物,是像南极和格陵兰冰盖一样的逐层沉积结构。北极宽1100公里,厚2公里,体积82.1万立方公里。南极冠宽1400公里,厚3.7公里,体积约160万立方公里。两极冰帽有独特的螺旋谷,推断主要是光和夏季接近升华点的温度导致海沟两侧水冰差异融化凝结形成的。

2011年,火星侦察卫星的浅层雷达发现,南极冠中一些原本被认为是水冰的层实际上是干冰,二氧化碳含量相当于大气含量的80%,比之前认为的要多得多。根据模拟结果,在十万年的气候变化中,干冰的升华和凝结会使大气总质量发生几次变化。从这些干冰堆积物上方表面的下陷和裂缝来看,干冰正在慢慢升华。

自海盗号以来,人们发现在火星北半球的中纬度地区有几个具有条纹状流动表面特征的谷底,但不能确定它们是富含冰的山体滑坡、冰冷的土壤流还是覆盖着灰尘和砾石的冰川。但根据更新任务的数据和地球相关地形的对比,支持这些是冰川,推测是由轴向倾角较大时的气候堆积而成。

根据火星奥德赛X射线谱仪的中子探测器,从极地延伸到纬度约60°的地表层以上一米的土壤的冰含量超过60%,推断在厚厚的地下冰层(冰冻圈)中冻结了更多的水。火星上存在液态水的另一个证据是发现了特定的矿物,如赤铁矿和针铁矿,这两种矿物都只能在有水的情况下形成。

火星上存在冰的直接证据是凤凰号在2008年6月20日发现的。凤凰号在火星上挖掘并发现了八个白色物体。当时,研究人员推测这些物体要么是盐(在火星上发现盐矿),要么是冰。四天后,这些白色颗粒随着空消失。所以这些白色颗粒一定是升华了,盐就不会有这种现象。2008年7月31日,美国航空公司空 NASA的科学家宣布,凤凰号火星探测器在加热火星上的土壤样本时,识别出了水蒸气的生成,从而最终确认了火星上水的存在。

2013年9月26日,美国航空公司空 NASA科学家报告称,火星探测器好奇号发现火星的土壤富含水,约为1.5至3重量百分比,表明火星有足够的水资源供未来的移民使用。

2015年9月28日,美国航空公司空 NASA宣布在火星上发现液态盐水。根据火星勘测轨道飞行器配备的光谱仪获得的数据,研究人员在火星神秘的斜坡上发现了水合矿物。这些深色条纹表明随着时间的推移,火星表面存在流水。在温暖的季节,这些线条的颜色变暗,表明水流出现在斜坡上。在较冷的季节,这些表面特征变得更亮。在火星的某些地方,最高温度可达零下23摄氏度,此时暗线最为明显。

火星文化理论

在中国古代,它被命名为“霍颖”,因为它的意思是“它的亮度和位置的变化使人迷惑”。《尚书·顺电》记载:“七策统一于宇衡。”孔《英达疏》:“朝廷有七策。如果你看着它们,它们一定在天上。你知道政府的七项政策指的是太阳、月亮和五星。木岁星、火岁星、地岁星、金岁星、水岁星。”今天它被命名为“火星”。

古希腊:Ares(音:Ares),因颜色火红而得名,来源于Ares(希腊语:ρ η η η η η η η η η η η

古罗马:因其火红的颜色而得名“马尔斯”,源于罗马神话中的战神马尔斯神话(拉丁文:Mars)。

参考数据

1.WJ百科全书-英文版

作者:北极光

审计师:北极光

最终回顾:零度星系

2018年11月26日至2018年11月27日编辑

审计时间:一小时

最后更新:2018年11月27日星期一

注意:所有的信息和数据都是巨大的,错误是不可避免的。也请指出错误在哪里以便改正。

End,感谢您的阅读和关注!全文排版:天文在线(零星系)/北极光

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