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，近日點和遠(yuǎn)日點之間的溫差將近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6千米（20000英尺）的懸崖環(huán)繞著（右圖）；

　　－ Tharsis: 火星表面的一個巨大凸起，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。這個疑點將由“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動；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。由于沒有橫向的移動，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)火山最近有過活動的跡象。雖然，火星可能曾發(fā)生過很多火山運動，可它看來從未有過任何板塊運動。

　　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間，而且據(jù)估計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動，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％）加上氮氣（2.7％）、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)時勘測時的環(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）。

　　海盜號嘗試過作實驗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)更多的實驗。

　　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入火星軌道時所獲得的意外發(fā)現(xiàn)。它們可能是早期外殼消失時所遣留下的。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。這個事實表明，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)運動。

　　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，塵云已擴散到盆地之外，并蔓延到整個火星上空。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，所以欲從表面揚起沙塵是困難的。盡管如此，實際上大規(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)致氣溫進一步升高，這一循環(huán)機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。這是因為地球上不存在火星那樣全球蔓延的大沙漠，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，因為塵土吸收了太陽光，能導(dǎo)致干燥的空氣驟然升溫，進而形成強風(fēng)，揚起更多的塵土。

　　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，因為水關(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。這是因為“勇氣號”發(fā)回的巖石光譜圖顯示，巖石成分有多達40％是硫酸鹽。地下水通過火山巖層滲透上來，有時會淹沒火星表面，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　　一點點水蒸氣。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，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)受到宇宙強射線撞擊時，其地表就會釋放很強的中子流。這些中子在穿越火星近地表層時，會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，會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，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”為了進入火星的圓軌道，采用大氣進行制動的方式，沒想到太陽電池板的一側(cè)沒能充分打開，導(dǎo)致了空氣制動的時間延長。由于比預(yù)定的距離更接近火星表面，所以得以進行精密的磁測量，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的磁場，有什么東西制造了干涉條紋，以及在某個時期磁場消失了。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。