火星(希臘語: 阿瑞斯)被稱為戰(zhàn)神。這或許是由于它鮮紅的顏色而得來的；火星有時(shí)被稱為“紅色行生”。（趣記：在希臘人之前，古羅馬人曾把火星人微言輕農(nóng)耕之神來供奉。而好侵略擴(kuò)張的希臘人卻把火星作為戰(zhàn)爭的象征）而月份三份的名字也是得自于火星。

　　火星在史前時(shí)代就已經(jīng)為人類所知。由于它被認(rèn)為是太陽系中人類最好的住所（除地球外），它受到科幻小說家們的喜愛。但可惜的是那條著名的被Lowell“看見”的“運(yùn)河”以及其他一些什么的，都只是如Barsoomian公主們一樣是虛構(gòu)的。

　　第一次對火星的探測是由水手4號飛行器在1965年進(jìn)行的。人們接連又作了幾次嘗試，包括1976年的兩艘海盜號飛行器（左圖）。此后，經(jīng)過長達(dá)20年的間隙，在1997年的七月四日，火星探路者號終于成功地登上火星（右圖）。

　　火星的軌道是顯著的橢圓形。因此，在接受太陽照射的地方，近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)之間的溫差將近30攝氏度。這對火星的氣候產(chǎn)生巨大的影響。火星上的平均溫度大約為218K（-55℃，-67華氏度），但卻具有從冬天的140K（-133℃，-207華氏度）到夏日白天的將近300K（27℃，80華氏度）的跨度。盡管火星比地球小得多，但它的表面積卻相當(dāng)于地球表面的陸地面積。

　　除地球，火星是具有最多各種有趣地形的固態(tài)表面行星。其中不乏一些壯觀的地形：

　　－ 奧林匹斯山脈： 它在地表上的高度有24千米（78000英尺），是太陽系中最大的山脈。它的基座直徑超過500千米，并由一座高達(dá)6千米（20000英尺）的懸崖環(huán)繞著（右圖）；

　　－ Tharsis: 火星表面的一個(gè)巨大凸起，有大約4000千米寬，10千米高；

　　－ Valles Marineris: 深2至7千米，長為4000千米的峽谷群（標(biāo)題下圖）；

　　－ Hellas Planitia: 處于南半球，6000多米深，直徑為2000千米的沖擊環(huán)形山。

　　火星的表面有很多年代已久的環(huán)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，有著與月球上相似的曲型的環(huán)狀高地（左圖）。相反的，它的北半球大多由新近形成的低平的平原組成。這些平原的形成過程十分復(fù)雜。南北邊界上出現(xiàn)幾千米的巨大高度變化。形成南北地勢巨大差異以及邊界地區(qū)高度劇變的原因還不得而知（有人推測這是由于火星外層物增加的一瞬間產(chǎn)生的巨大作用力所形成的）。最近，一些科學(xué)家開始懷疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方。這個(gè)疑點(diǎn)將由“火星全球勘測員”來解決。

　　火星的內(nèi)部情況只是依靠它的表面情況資料和有關(guān)的大量數(shù)據(jù)來推斷的。一般認(rèn)為它的核心是半徑為1700千米的高密度物質(zhì)組成；外包一層熔巖，它比地球的地幔更稠些；最外層是一層薄薄的外殼。相對于其他固態(tài)行星而言，火星的密度較低，這表明，火星核中的鐵（鎂和硫化鐵）可能含帶較多的硫。

　　如同水星和月球，火星也缺乏活躍的板塊運(yùn)動(dòng)；沒有跡象表明火星發(fā)生過能造成像地球般如此多褶皺山系的地殼平移活動(dòng)。由于沒有橫向的移動(dòng)，在地殼下的巨熱地帶相對于地面處于靜止?fàn)顟B(tài)。再加之地面的輕微引力，造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是，人們卻未發(fā)現(xiàn)火山最近有過活動(dòng)的跡象。雖然，火星可能曾發(fā)生過很多火山運(yùn)動(dòng)，可它看來從未有過任何板塊運(yùn)動(dòng)。

　　火星上曾有過洪水，地面上也有一些小河道（右圖），十分清楚地證明了許多地方曾受到侵蝕。在過去，火星表面存在過干凈的水，甚至可能有過大湖和海洋。但是這些東西看來只存在很短的時(shí)間，而且據(jù)估計(jì)距今也有大約四十億年了。（Valles Marneris不是由流水通過而形成的。它是由于外殼的伸展和撞擊，伴隨著Tharsis凸起而生成的）。

　　在火星的早期，它與地球十分相似。像地球一樣，火星上幾乎所有的二氧化碳都被轉(zhuǎn)化為含碳的巖石。但由于缺少地球的板塊運(yùn)動(dòng)，火星無法使二氧化碳再次循環(huán)到它的大氣中，從而無法產(chǎn)生意義重大的溫室效應(yīng)。因此，即使把它拉到與地球距太陽同等距離的位置，火星表面的溫度仍比地球上的冷得多。

　　火星的那層薄薄的大氣主要是由余留下的二氧化碳（95.3％）加上氮?dú)猓?.7％）、氬氣（1.6％）和微量的氧氣（0.15％）和水汽（0.03％）組成的。火星表面的平均大氣壓強(qiáng)僅為大約7毫巴（比地球上的1％還小），但它隨著高度的變化而變化，在盆地的最深處可高達(dá)9毫巴，而在Olympus Mons的頂端卻只有1毫巴。但是它也足以支持偶爾整月席卷整顆行星的颶風(fēng)和大風(fēng)暴。火星那層薄薄的大氣層雖然也能制造溫室效應(yīng)，但那些僅能提高其表面5K的溫度，比我們所知道的金星和地球的少得多。

　　火星的兩極永久地被固態(tài)二氧化碳（干冰）覆蓋著。這個(gè)冰罩的結(jié)構(gòu)是層疊式的，它是由冰層與變化著的二氧化碳層輪流疊加而成。在北部的夏天，二氧化碳完全升華，留下剩余的冰水層。由于南部的二氧化碳從沒有完全消失過，所以我們無法知道在南部的冰層下是否也存在著冰水層（左圖）。這種現(xiàn)象的原因還不知道，但或許是由于火星赤道面與其運(yùn)行軌道之間的夾角的長期變化引起氣候的變化造成的。或許在火星表面下較深處也有水存在。這種因季節(jié)變化而產(chǎn)生的兩極覆蓋層的變化使火星的氣壓改變了25％左右（由海盜號測量出）。

　　但是最近通過哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀察卻表明海盜號當(dāng)時(shí)勘測時(shí)的環(huán)境并非是典型的情況。火星的大氣現(xiàn)在似乎比海盜號勘測出的更冷、更干了（詳細(xì)情況請看來自STScI站點(diǎn)）。

　　海盜號嘗試過作實(shí)驗(yàn)去決定火星上是否有生命，結(jié)果是否定的。但樂觀派們指出，只有兩個(gè)小樣本是合格的，并且又并非來自最好的地方。以后的火星探索者們將繼續(xù)更多的實(shí)驗(yàn)。

　　一塊小隕石（SNC隕石）被認(rèn)為是來自于火星的。

　　1996年8月6日，戴維·朱開(David McKay) 等人宣稱，在火星的隕石中首次發(fā)現(xiàn)有有機(jī)物的構(gòu)成。那作者甚至說這種構(gòu)成加上一些其他從隕石中得到的礦物，可以成為火星古微生物的證明。（左圖？）

　　如此驚人的結(jié)論，但它卻沒有使有外星人存在這一結(jié)論成立。自以戴維·朱開發(fā)表意見后，一些反對者的研究也被發(fā)布。但任何結(jié)論都應(yīng)當(dāng)“言之有理，言之有據(jù)”。在沒有十分肯定宣布結(jié)論之前仍有許多事要做。

　　在火星的熱帶地區(qū)有很大一片引力微弱的地方。這是由火星全球勘測員在它進(jìn)入火星軌道時(shí)所獲得的意外發(fā)現(xiàn)。它們可能是早期外殼消失時(shí)所遣留下的。這或許對研究火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、過去的氣壓情況，甚至是古生命存在的可能都十分有用。

　　在夜空中，用肉眼很容易看見火星。由于它離地球十分近，所以顯得很明亮。邁克·哈衛(wèi)的行星尋找圖表顯示了火星以及其它行星在天空中的位置。越來越多的細(xì)節(jié)，越來越好的圖表將被如星光燦爛這樣的天文程序來發(fā)現(xiàn)和完成。

　　南北半球的地貌差異

　　自1976年“海盜號”探測器和20年后“全球勘探者”查明火星地形的全貌以來，我們知道火星南北半球表面的地貌有很大差異。北半球幾乎是光滑的平地，環(huán)形山為數(shù)不多，而南半球由許多環(huán)形山覆蓋。這個(gè)事實(shí)表明，南半球是比北半球更古老的地形。赤道一帶有因大規(guī)模火山活動(dòng)造成的塔爾西斯山區(qū)。火星南北半球地貌差異巨大，成因一直是未解之謎。美國科學(xué)家最近在《自然》雜志發(fā)表文章認(rèn)為，小行星或彗星等外力猛烈撞擊是造成火星南北差異的原因。他們認(rèn)為，數(shù)十億年前，小行星或彗星猛烈撞擊年輕的火星，造成地表巨大差異。不過，也有一些科學(xué)家認(rèn)為，最新研究成果雖然為撞擊說提供了更多論據(jù)，但仍無法完全排除其他可能，如火星自身的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)。

　　巨大的沙塵暴之謎

　　人類通過“水手9號”和“海盜號”探測器觀測到火星上巨大的沙塵暴，而且“全球勘探者”也于2001年觀測到幾乎覆蓋火星的大規(guī)模沙塵暴。大規(guī)模沙塵暴大多是在南半球的冬春兩季頻繁發(fā)生。例如2001年6月發(fā)生的一場沙塵暴。一開始只是南半球赫拉斯盆地上空的一團(tuán)塵云，接著它的體積稍微有所增大，但是到了6月27日那天，風(fēng)暴開始肆虐，塵云也急速膨脹起來。到7月初，塵云已擴(kuò)散到盆地之外，并蔓延到整個(gè)火星上空。沙塵暴直到9月底才結(jié)束，但是卷起在高層的沙塵還照樣浮游在大氣中，所以到11月火星看上去還

　　是朦朧不清。

　　火星的大氣很稀薄，只有地球的十幾分之一。從理論上來說，大氣大循環(huán)模型所表現(xiàn)的大規(guī)模的風(fēng)，按火星上那樣的條件不能輕易地刮起來，所以欲從表面揚(yáng)起沙塵是困難的。盡管如此，實(shí)際上大規(guī)模沙塵暴還是發(fā)生了。這是為什么呢?

　　迄今為止，沒有人能對“火星上的沙塵暴是如何迅速席卷全球”這一疑問做出正確解釋，但是人們趨向于這樣一種理論：由于空氣中的塵埃顆粒吸收了太陽光，使它們周圍的空氣迅速升溫。大風(fēng)卷起火星表面更多塵土，導(dǎo)致氣溫進(jìn)一步升高，這一循環(huán)機(jī)制使得小面積的塵云最終演化成了火星全球性的大沙塵暴。

　　與此相比，地球上沒有全球性的大沙塵暴。這是因?yàn)榈厍蛏喜淮嬖诨鹦悄菢尤�球蔓延的大沙漠，而沙塵暴是靠自我給養(yǎng)的。其次，地球的氣溫主要受制于水蒸氣中所蘊(yùn)含的熱能，空氣中的塵粒對氣溫的影響不大。而在火星上，情況則完全不同，因?yàn)閴m土吸收了太陽光，能導(dǎo)致干燥的空氣驟然升溫，進(jìn)而形成強(qiáng)風(fēng)，揚(yáng)起更多的塵土。

　　水的存在之謎

　　眾所周知，人們探測火星最感興趣的是是否存在水，因?yàn)樗�關(guān)系到生命的存在。從火星各地發(fā)現(xiàn)的稱之“河谷網(wǎng)”這樣的河流痕跡的地形推測火星上曾經(jīng)有過大量的水。近期，美國宇航局“風(fēng)凰”號登陸器在火星極地冰帽以外的地方發(fā)現(xiàn)了水冰存在證據(jù)。對于了解火星地表是否適于居住，此次發(fā)現(xiàn)無疑是至關(guān)重要的第一步。

　　現(xiàn)在，科學(xué)家們確信火星上曾經(jīng)有過大量的液態(tài)水。可是水是從哪里來的呢?最有可能的一種解釋是來自富含硫酸的地下水。這是因?yàn)?ldquo;勇氣號”發(fā)回的巖石光譜圖顯示，巖石成分有多達(dá)40％是硫酸鹽。地下水通過火山巖層滲透上來，有時(shí)會(huì)淹沒火星表面，形成淺湖或淺海，然后，水蒸發(fā)了，地面留下一層薄薄的硫酸鹽，這樣的過程在火星上可能多次發(fā)生。于是就累積成了厚厚的含硫酸鹽的巖層。

　　也有科學(xué)家認(rèn)為北半球的低地曾經(jīng)是海。赫拉斯盆地或阿爾蒂雷平原還積存著水。那么說大量存在的水流到哪里去了呢?現(xiàn)在，確認(rèn)火星上存在水僅是在兩極的冰和大氣中的　　一點(diǎn)點(diǎn)水蒸氣。水是蒸發(fā)了，它是發(fā)散到宇宙空間中去了呢?還是滲入了地下呢?或者至今還作為凍土狀態(tài)存在呢?

　　不少科學(xué)家認(rèn)為水是滲入地下，這與“奧德賽”探測器的觀測結(jié)果剛好不謀而合。事實(shí)上，這次“奧德賽”的觀測目的之一是尋找火星上水的存在。在這個(gè)觀測中使用了伽馬射線

　　分光儀。當(dāng)“奧德賽”探測器在降低飛行軌道首次掠過火星時(shí)，伽馬射線分光儀在南極以北區(qū)域的土壤中檢測到放射的中子和伽馬射線，由此知道地表和近地表層的氫濃度，這顯示火星上存在水冰的跡象，并且知道永久凍土的量以及隨季節(jié)的變化。

　　那么，我們從中子和伽馬射線又是怎么知道氫原子存在的呢?眾所周知，火星上沒有稠密大氣，當(dāng)受到宇宙強(qiáng)射線撞擊時(shí)，其地表就會(huì)釋放很強(qiáng)的中子流。這些中子在穿越火星近地表層時(shí)，會(huì)與各種元素的原子核發(fā)生碰撞。當(dāng)中子撞到水中的氫原子核時(shí)，會(huì)減速并釋放部分熱能的中子飛出，如果被氫等其他的原子吸收，則放射出伽馬射線。所以，如果熱中子的量少，伽馬射線的量多時(shí)，則認(rèn)為氫的濃度高。

　　從伽馬射線分光儀發(fā)回的數(shù)據(jù)表明，在南半球南緯60度以南地區(qū)熱中子的量少，而氫吸收中子時(shí)釋放能量的伽馬射線量上升。另外，北半球部分也有同樣的地區(qū)。這些事實(shí)顯示南緯60度以南地區(qū)有距地表1米左右的永久凍土，好像存在大量的冰。如果這個(gè)推斷是

　　正確的話，將來在永久凍土中探尋生命痕跡的使命中，這些地區(qū)將成為勘探的對象。

　　磁場消失之謎

　　1996年“全球勘探者”為了進(jìn)入火星的圓軌道，采用大氣進(jìn)行制動(dòng)的方式，沒想到太陽電池板的一側(cè)沒能充分打開，導(dǎo)致了空氣制動(dòng)的時(shí)間延長。由于比預(yù)定的距離更接近火星表面，所以得以進(jìn)行精密的磁測量，結(jié)果“全球勘探者”在南半球的某些地方發(fā)現(xiàn)了磁干涉條紋。

　　現(xiàn)在的火星不存在磁場，但是知道過去的磁場局部被保存在巖石中，而且根據(jù)不同的

　　地方，磁性的方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)，產(chǎn)生干涉條紋。這樣的磁干涉條紋在地球的海底也存在，并且作為板塊構(gòu)造理論的證據(jù)。

　　火星上殘留磁性的存在，顯示這個(gè)行星曾有過磁場。但是由于早期火星的核冷卻，磁場消失了。因磁干涉條紋僅在南半球看到，北半球沒有發(fā)現(xiàn)，所以科學(xué)家認(rèn)為北半球的地形是在磁場消失后形成的或內(nèi)部的熱和水?dāng)囋谝黄鹪斐傻漠惓Ｊ勾判韵�失。綜上所述，我們僅知道火星上存在過非常強(qiáng)的磁場，有什么東西制造了干涉條紋，以及在某個(gè)時(shí)期磁場消失了。至于為什么北半球沒有磁干涉條紋，為什么在南半球僅是在某些地方有呢?這些問題人類還沒有找到答案。