谈谈你对火星的了解？

火星（Mars）是太阳系八大行星之一，天文符号是♂，是太阳系由内往外数的第四颗行星，属于类地行星，直径约为地球的53%，自转轴倾角、自转周期均与地球相近，公转一周约为地球公转时间的两倍。在西方称为“战神玛尔斯”。橘红色外表是地表的赤铁矿（氧化铁）

火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布且没有稳定的液态水体。二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。火星两极皆有水冰与干冰组成的极冠会随着季节消长。与地球相比，地质活动较不活跃，地表地貌大部份于远古较活跃的时期形成，有密布的陨石坑、火山与峡谷，包括太阳系最高的山：奥林帕斯山和最大的峡谷：水手号峡谷。另一个独特的地形特征是南北半球的明显差别：南方是古老、充满陨石坑的高地，北方则是较年轻的平原。

火星有两个天然卫星：火卫一和火卫二，形状不规则，可能是捕获的小行星。在地球，火星肉眼可见，最高亮度可达-2.9等，八大行星中比木星、金星暗。

2013年12月公布的探测资料表明，火星上存在已干涸远古湖泊，或有生命出现证据。[1]

2014年夏威夷大学科学家研究发现，“火星蓝莓”是小陨石残余，无法证明火星古代曾出现流水。[2]

火星是太阳系由内往外数的第四颗行星

火星直径约是地球的一半，体积为15%，质量为11%，表面积相当于地球陆地面积，密度则比其他三颗类地行星（地球、金星、水星）还要小很多。 以半径、质量、表面重力来说，火星约介于地球和月球中间：火星直径约为月球的两倍、地球的一半;质量约为月球九倍、地球的1/9，表面重力约为月球的2.5倍、地球的2\5。

火星是太阳系由内往外数第四颗行星，属于类地行星，直径约为地球直径的一半，自转轴倾角、自转周期相近公转一周则花两倍时间。在西方称为战神玛尔斯星，中国则称为荧惑星因为它荧荧如火，位置、亮度时常变动。其橘红色外表是因为地表被赤铁矿（氧化铁）覆盖，英文里前缀areo-即为火星，火星被认为是太阳系中最有可能存在地外生命的行星。

火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水体，以二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生与地球相比，地质活动不活跃，地表地貌大部份于远古较活跃的时期形成有密布的陨石坑、火山与峡谷，包括太阳系最高的山：奥林帕斯山和最大的峡谷：水手号峡谷另一个独特的地形特征是南北半球的明显差别：南方是古老、充满陨石坑的高地，北方则是较年轻的平原火星两极皆有主要以水和冰组成的极冠，而且上面覆盖的干冰会随季节消长。

火星到地球的距离

近距离约为5500万公里，最远距离则超过4亿公里。两者之间的近距离接触大约每15年出现一次。1988年火星和地球的距离曾经达到约5880万公里，而在2018年两者之间的距离将达到5760万公里。但在2003年的8月27日火星与地球的距离仅为约5576万公里，是6万年来最近的一次。

不过据天文学家推算，在从公元1600年到2400年这800年间，火星与地球的近距离只能排在第三位。根据推算结果，到2366年9月2日，两者之间的距离将为约5571万公里。而到2287年8月28日，两者将更为接近，距离为约5569万公里。

一般来说，火星和地球距离近的年份是最适合登陆火星和在地面对火星观测的时机。

（图中为在虚拟天文馆stellarium中所观察到的火星及其天然卫星火卫一弗伯斯与火卫二戴摩斯）

火星在西方被称为战神，这或许是由于它鲜红的颜色而得来的，所以火星有时被称为“红色行星”。（在希腊人之前，古埃及人曾把火星作为农耕之神来供奉。后来的古希腊人把火星作为战神阿瑞斯，而古罗马人继承了希腊人的神话，将其称为“战神玛尔斯”。北欧神话里，火星是战神提尔。而月份三月的名字也是得自于火星。)

火星在中国古称“荧惑星”，这是由于火星呈红色，荧光像火，在五行中象征着火它的亮度常有变化；而且在天空中运动，有时从西向东，有时又从东向西，情况复杂，令人迷惑，所以中国古代叫它“荧惑”，有“荧荧火光、离离乱惑”之意。[3]

火星的轨道是椭圆形。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160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（开尔文，温度单位，即从绝对零度-273.15℃开始的摄氏度）（-55℃，-67℉），但却具有从冬天的140K（-133℃，-207℉）到夏日白天的将近300K（27℃，80℉）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。

大气

火星的大气密度只有地球的大约1%，非常干燥，温度低，表面平均

温度零下55℃，水和二氧化碳易冻结。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。

火星的那层薄薄的大气主要是由遗留下的二氧化碳（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，而在奥林帕斯山脉的顶端却只有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5℃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（左图）。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。火星的大气似乎比海盗号勘测出的更冷、更干。

水的存在

火星的低压下，水无法以液态存在，只在低海拔区可短暂存在。而冰倒是很多，如两极冰冠就包含大量的冰。[4] 2007年三月，NASA就声称，南极冠的冰假如全部融化，可覆盖整个星球达

11米深。另外，地下的水冰永冻土可由极区延伸至纬度约60°的地方。

火星古老湖泊被发现，科学家沸腾了，移民火星是否指日可待？

意大利研究人员发现火星上有湖！他们用卫星雷达在火星南极厚厚的冰层下挖掘。他们于2018年7月25日在《科学》杂志上首次报道了他们独特的发现。

从 历史 上看，火星上有大量固态或气态的水并不陌生，根据火星表面岩石留下的证据，火星表面曾经有液态水。但是关于火星上是否还存在液态水的问题一直存在争议，一些人怀疑它可能隐藏在火星冰冻的两极之下。

意大利研究人员求助于欧洲航天局火星快车轨道探测器上的仪器来获得一些答案。它被称为火星地下和电离层探测高级雷达。MARSIS的探地雷达向这颗红色星球的表面发送脉冲，并计算它们被反射回卫星所需的时间，正如这篇欧洲航天局新闻稿所解释的那样。它还会追踪返回信号的强度。这两个因素取决于雷达脉冲遇到的材料。反过来，这些数据可以用来绘制海底的地图。

因此，在雷达的帮助下，科学家们发现火星南极被多层冰和尘埃覆盖，延伸至地表以下0.9英里(1.5公里)。然而，在那下面，他们发现了一个区域，其特征表明这是一个湖泊，科学家们认为这是充满了含盐沉淀物的水。

博洛尼亚射电天文学研究所的罗伯托·奥罗塞(Roberto Orosei)是MARSIS实验的主要研究人员，也是这篇论文的主要作者。他在欧洲航天局的新闻稿中说:“火星上的这种地下异常具有与水或富水沉积物相匹配的雷达特性。”

据新闻稿称，该湖宽约12英里(20公里)。

水和有机物，是可能与生命的存在息息相关的重要条件，因此也是深空探测中魂牵梦萦的重要搜寻目标，但这里所说的“水”，其实都是特指的“液态水”。

而固态形式的水，也就是水冰，其实在内太阳系（小行星带以内的太阳系）并不罕有，在外太阳系（小行星带以外的太阳系）就更常见了。毕竟要想让水冰稳定保存下来，需要的条件要简单得多：够冷就行。

那么火星上有没有水冰呢？不仅有，而且还不少。

火星地表的水冰

火星的南北极地区就常年有大量的水冰暴露在表面上。火星的自传轴倾角和地球差不多（接近25°），所以和地球一样，火星也有鲜明的四季变化，也有终年冰封的南北极。只不过，火星的南北极冰盖里不仅有水冰，还有干冰（固态二氧化碳）。再加上火星比地球离太阳更远，总体来说还要比地球更冷一些。

火星的南北极和地球一样终年覆盖着冰层。

那中低纬区域可能有水冰存在吗？

虽然火星现在的自转轴倾角和地球差不多，但在历史上，火星的自转轴倾角有过从约10°到约60°的剧烈动荡。当自转倾角很大的时候，中低纬甚至赤道区域都有可能像如今的极区一样，有着适宜水冰存在的低温；但随着自转倾角的减小，中低纬度的温度随之增高，地表水冰就呆不住了……

所以如果是地表水冰的话，答案应该是“没有”。

但，地下还是可以有的嘛~如果这些水冰在还没升华散逸的时候就被表层土壤埋起来了，就相当于有了一层隔热层，那么即使是中低纬度也是可能会有水冰的……吧？

几十年前，科学家们通过理论分析和对海盗号获取的火星大气数据的分析，就做出了这样的预测[2-4]。

寻找火星地下水冰的漫漫长路

这一预（猜）测（想）在新世纪的火星探测热潮中很快就被着陆器和轨道器传回来的数据证实了。

2001年发射的火星奥德赛号轨道器搭载的伽马射线光谱仪GRS（Gamma Ray Spectrometer ）首次在火星上探测到了氢的存在，间接证实了火星地下含有水冰[5]。哦对了，这家伙和机遇号火星车一样，也是个超长待机的主儿，到现在仍在火星上空工作着。

奥德赛号的伽马光谱仪测量的火星全球超热中子量分布。因为超热中子被氢原子慢化的效率最高，所以观测到的超热中子量越低就代表氢的富集度（水冰含量）越高，白线划定的区域被认为地表80cm以下有稳定存在的水冰。来源：参考文献[5]

2008年发射的凤凰号着陆器就更加给力了，因为它……直接挖到了水冰……而且既挖到了高纯度的水冰，也挖到了渗透在土壤中的纯度不高的水冰，堪称一记实锤?[6]。但凤凰号的着陆点在火星北纬68°附近，还是挺高的。

在没有着陆器和火星车实地挖掘的情况下，我们如何才能知道，比这更低的中纬度上还有没有大量的地下水冰存在呢？

2009年，亚利桑那大学的Byrne和Dundas团队提出了一种极其巧妙的方法：虽然我们不能亲身去火星掘地三尺，但自有大自然把地下的物质挖出来给我们看呀！他们通过对中纬区域新产生的小型撞击坑进行连续跟踪，发现有些撞击坑中的明亮溅射物在火星勘测轨道飞行器(MRO)携带的CRISM光谱仪的分析中显示出含有水冰。更重要的是，这些亮斑过了几个月消失了！这表明，这些年轻的撞击坑挖掘出的确实是地下的水冰，然后这些水冰暴露出地表之后很快就升华散逸了。

这样的新鲜撞击坑他们一共找到了五处，总体都位于北纬40-55°范围，证明中纬区域的地下确实有水冰存在[9]。但因为这些年轻撞击坑都很小，向下挖掘深度只有几分米，所以这些信息并不能告诉我们这些水冰到底量有多大，垂直分布如何。

火星中纬区域的大量水冰

Dundas团队发现，火星中纬区域一些可能是塌陷和滑坡导致的断崖，在经过了色彩加强处理的超高分辨率MRO HiRISE影像中很有点不一样：它们呈现出与周围环境不同的色彩（也就是下图右上的蓝色区域，不过要注意的是，这里是色彩加强处理过的结果，并不是真实的颜色），表明这些剖面中物质的成分不同。也就是说，这些断崖相当于是大自然赠与的天然剖面，可以让我们从中窥见火星地表以下的地层结构，而这些地层中暴露出来的成分不同的物质，可能就是水冰。

为了证实这一猜想，他们在火星中纬度区域苦苦搜寻，共在南北纬55°附近找到了8处有类似特征的断崖（scarp），全部都非常年轻。其中scarp 1-3三处在夏季中期时的CRISM光谱分析中显示出了明显的水冰吸收，表明这里含有纯度较高的水冰（杂质不超过1%），而不是渗透在土壤中的纯度不高的水冰。

也就是说，这是第一次在火星中纬地区发现了大量纯净的地下水冰。

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