【汉语拼音】huoxing
【中文词条】火星
【外文词条】Mars
【作者】郑家庆董明
太阳系九大行星之一﹐按离太阳由近及远的次序为第四颗﹐在天文学中﹐常以符号
表示。肉眼看去﹐火星是一颗引人注目的火红色星。它同地球的距离不断变化﹐因此它的亮度也不断变化﹕最暗时的视星等约为+1.5等﹔最亮时则达到-2.9等﹐比最亮的恒星天狼还亮得多。它在众恒星间的视位置也不断变化﹐ 倍承些o时而逆行。由于它荧荧如火﹐亮度常有变化﹐位置又不固定﹐令人迷惑﹐所以中国古代又叫它“荧惑”﹔在古代罗马﹐因为它带有血红色﹐所以用战神玛尔斯(Mars)命名。火星比地球小﹐赤道半径为3﹐395公里﹐为地球的53％﹐体积为地球的15％﹐质量为地球的10.8％﹐表面重力加速度为地球的38％。火星有两个卫星﹐即火卫一和火卫二(见火星卫星)。
两﹑三个世纪以来﹐人们用望远镜对火星进行观测﹐获得许多有价值的资料。1964～1977年﹐美国对火星发射了“水手号”和“海盗号”两个系列共八个探测器。其中特别值得提出的是﹕1964年11月发射的“水手”4号经过火星附近时﹐拍摄了火星的照片﹐从而发现火星表面有不少象月球上那样的环形山﹔1971年11月“水手”9号对火星全部表面进行了高分辨率的照相﹐发现了火星上有巨大的火山﹑峡谷系和宽阔的河床﹔1976年7月和9月“海盗”1号﹑2号先后在火星表面软著陆﹐进行了多方面的探测活动﹐特别是 辛松锾讲馐笛椹o结果表明﹐火星上大概不存在生命(见火星上的生命)。此外﹐苏联也于1962～1973年间多次发射“火星号”系列探测器研究火星及其周围空间﹐“火星”3号的登陆舱也实现了软著陆。所有这些探测大大丰富了人们对火星的认识。
公转和自转 火星在一个椭圆轨道上绕日公转﹐轨道面与黄道面的交角为1
9﹐轨道半长径约为1.524天文单位﹐轨道偏心率为 0.093。由于偏心率较大﹐火星的近日距和远日距相差4﹐200万公里﹐这就造成了火星冲日(见行星视运动)时同地球的距离有较大变化﹐图3
火星自转的情况和地球十分相似﹐自转周期为24小时37分22.6秒﹐也就是说﹐火星上的一昼夜比地球上的一昼夜稍长。它的赤道面与轨道面的交角为23°59
﹐也比地球的黄赤交角稍大。火星上也有四季变化﹐但每季约为地球上两季那样长。
大气 和地球相似﹐火星上也存在大气。在五十年代﹐柯伊伯等通过分光观测﹐确认火星大气的主要成分是二氧化碳﹐还有极少量的一氧化碳和水汽。根据火星探测器“海盗”1号的直接测定﹐火星表面的大气压为7.5毫巴﹐相当于地球上30～40公里高度处的大气压。火星大气的主要成分(约95％)是二氧化碳﹐有约 3％的氮﹐1～2％的氩﹐合起来约为0.1％的一氧化碳和氧﹐还有极少量的臭氧和氢﹐水汽的数量很少﹐随季节和位 枚浠o平均约为大气总量的0.01％。如果火星大气中的水全部凝聚﹐也只能形成0.01％毫米厚的水膜覆盖整个火星表面。
和地球上相似﹐火星大气中也飘浮著云﹐但和地球上不同的是﹐火星大气中云的主要成分是二氧化碳和水﹐火星极区的冬季﹐大气温度低于二氧化碳的凝固点(150K)﹐因而形成覆盖极区的浓雾状的乾冰云。经测定﹐极区的云中也有冰的成分。中纬度地区的冬季﹐温度(190K)也在冰点以下﹐水汽凝结﹐形成冰云。
在一些大的盾形火山附近﹐常常能观测到延伸几百公里的云。估计这是由于火星大气中的气流遇到高耸的环形山地形时被搅乱﹑上升﹐在膨胀时变冷所形成的凝固云。这种云都出现在大气中水蒸气增多的夏季。
尘暴是火星大气中独有的现象﹐其形状就像一种黄色的“云”。它是由火星低层大气中卷著尘粒的风构成的。大的尘暴在地面上用较大的望远镜就能观测到。局部的尘暴在火星上经常出现。因为火星大气密度不到地球的1％﹐风速必须大于每秒40～50米才能使表面上的尘粒移动﹐但一经吹动之后﹐即使风速较小﹐也能将尘粒带到高空。典型的尘暴中绝大部分尘粒估计直径约为10微米。最小的尘粒会被风带到50公里高空。大的尘暴多半发生在南半球的春末﹐当火星靠近近日点的时候。尘暴的发源地处在太阳直射的纬度线上﹐经常发生在海腊斯盆地以西几百公里的诺阿奇斯地区。中心尘云在最初几天慢慢扩展﹐然后很快蔓延开来﹐几星期内就完全覆盖南半球。特别大的尘暴还能扩展到北半球﹐进而掩盖整个行星。1971年的尘暴就是这样﹐它在9月开始﹐当“水手”9号在11月到达时﹐已经笼罩了整个火星。尘暴的起因看来与太阳的加热作用有关。火星过近日点时﹐太阳的加热作用大﹐引起大气温度的不稳定﹐从而产生最初扬起灰尘的扰动。然而﹐一旦尘粒到了空中﹐吸收了更多的太阳能﹐这种充满尘粒的空气就会比周围大气更热﹐因而急速上升。别处的空气又扑去填补它原来的位置﹐造 筛康牡孛娣绌o形成更大的尘暴。尘暴范围和强度越来越大。当尘暴最终分布到整个火星范围时﹐火星上温差减小﹐风逐渐平息﹐尘粒就慢慢地从大气里沉降下来。沉降过程至少要几个星期﹐尘暴激烈时可持续几个月之久。几乎每个火星年都要发生一次这种大规模的尘暴。
表面 在望远镜中﹐火星呈现为一个明亮而模糊的微红色圆面。最引人注目的是﹐覆盖在两极地区的白色极冠(见火星极冠)﹐其大小随火星季节而变化。在较大的望远镜中﹐还可以观测到线度至少几百公里的明亮或黑暗区域﹕明亮而呈橘黄色的区域称为“大陆”﹐几乎占火星总面积的六分之五﹔黑暗区域称为“海洋”﹐其颜色常随季节变化。
火星表面的平均温度比地球低30℃以上。火星稀薄而乾燥的大气使它表面的昼夜温差常常超过100℃﹐远大于地球上昼夜温差的幅度。火星的赤道附近﹐最高温度可达20℃左右(约在午后一小时)。到了夜间﹐由于火星大气保暖作用很差﹐表面温度很快下降﹐最低温度(在黎明前)在－80℃以下。火星两极地区温度更低﹐在漫长的极夜最低温度能降到-139℃。
火星表面大致被一个倾斜于赤道30°的大圆分开。南半部和北半部的表面结构差别很大。就火星的地质史来说﹐南半部比较古老﹐表面崎岖而密布环形山。这些环形山估计多半是在火星历史的早期(可能是最初的十亿年)形成的﹔北半部则以大的火山熔岩平原为特徵﹐这些熔岩平原很像月球上的“海”﹐断断续续地点缀著一些死火山。北半部地势普遍比南半部低﹐环形山也比南半部少得多。火星表面的高低差别一般在 5～10公里左右。火星的沙漠部分被红色的硅酸盐﹑赤铁矿等铁的氧化物以及其他金属的化合物所 哺签o因而显出明亮的橙红色。
火星表面上的地理特徵﹐主要有﹕
环形山和火山 和月面相比﹐火星上环形山的数量要少得多﹐环形山边缘坡度平缓(坡度都小于10°)﹐不象月面环形山能投射出尖尖的影子﹐这表明环形山曾受到严重的侵蚀。环形山可以分为两种﹕火山成因的环形山和陨石撞击而成的环形山。火星上巨大的盾形火山比地球上的火山大得多。地球上夏威夷的冒纳罗亚和莫纳克亚两座火山加在一起直径约200公里﹐高出洋底9公里﹐而火星上最大的奥林匹斯火山直径约为600公里﹐高出周围地面26公里之多。例如火星的盾形火 皆谛巫春徒峁股弦部崴葡耐牡亩苄位鹕健Ｔ诟鞲龆苄蔚亩ザ耸且桓龌沸紊阶吹乃莸钠苹鹕娇诘母春咸濠o这些破火山口一度曾是熔岩的出口。熔岩沿著火山侧面流下﹐形成从中心向四面延伸的呈辐射状的地形。“水手” 9号探测器拍得的照片中有许多直径 100公里左右的处于不同保存状态的火山﹐它们分散在火星表面﹐大部分在北半球。至于由陨石撞击形成的环形山﹐最大的是海腊斯盆地﹐宽达1﹐600公里﹐深至少4公里。南半球有些地区环形山密度同月球上明亮的高地环形山区差不多﹐推测它们形成的年代也差不多﹐为40～45亿年。这些地区仍保留著古老的地表。北半 虻拇蠖嗍厍捎谌垩伊鞯牟欢细哺签o古老的地表已不复存在。平原上的少数环形山是平原形成以后受陨石撞击的记录。
峡谷 火星表面上最引人注目的特徵是位于赤道地区的巨大的峡谷。最大的一个是位于赤道以南的水手谷﹐它实际上是一系列峡谷﹐在赤道地区延伸 5﹐000多公里﹐比周围地面低6公里。峡谷壁通常十分陡峭﹐有明显的边界﹐并显示出陷落和山崩活动的迹象。如图4
河床 现在的火星是一个荒凉的世界﹐表面不存在液态水。因而当“水手”探测器拍摄到宽阔而弯曲的河床时﹐人们自然感到极大的惊异。不过﹐这些河床与轰动一时的“运河”完全是两回事。这些乾涸的河床﹐最长的约1﹐500公里﹐宽达60公里或更多。主要的大河床分布在赤道地区。图5
内部结构 几个“水手号”探测器对火星重力场的精确测量表明﹐火星内部有如地球那样的核﹑幔﹑壳的结构。与地球不同的是﹐火星的核中含有硫﹐几乎全部的铁都成硫化铁﹐没有幸离状态铁。估计火星的外壳由包含大量硅和铝以及少量镁的较轻的岩石组成﹐厚约50公里。在过去的地质时期﹐火星的壳和幔曾经熔化过﹐使较轻的物质漂浮在表面﹐同时造成我们现在观测到的熔岩平原和火山构造。估计火星幔与流体外核交界处的深度约1﹐100公里﹐而内外核的交界处的深度约为1﹐700公里。(见彩图
参考书目
G.Eglinton and J.R.Maxwell﹐Mars﹕ questions andanswers from Viking﹐Nature﹐Vol.265﹐pp.493～494﹐1977.
R.E.Arvidson﹐A.B.Binder﹐K.L.Jones﹐The Surface of Mars﹐Scientific American﹐Vol.238﹐No.3﹐pp.76～77﹐80～89﹐1978.