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火星：修订间差异

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|title = How Mars got its rust
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火星大气以二氧化碳为主，既稀薄又寒冷，其表面特征让人联想起[[月球]]上的撞击坑，以及[[地球]]上的山谷、沙漠和极地冰盖。在英语中，通常被称为'''红色星球'''（{{lang-en|Red Planet}}）。<ref name="Zubrin1997">{{cite book |title=The Case for Mars: The Plan to Settle the Red Planet and Why We Must |publisher=Touchstone |location=New York |first1=Robert |last1=Zubrin |first2=Richard |last2=Wagner |date=1997 |oclc=489144963 |isbn=978-0-684-83550-1}}</ref><ref name="Rees2012">{{cite book |title=Universe: The Definitive Visual Guide |publisher=Dorling Kindersley |location=New York |editor-first=Martin J. |editor-last=Rees |pages=160–161 |date=October 2012 |isbn=978-0-7566-9841-6}}</ref>是因为火星在視覺上呈現為[[橘紅色]]是因为地表广泛普遍的分布着[[氧化铁]]的造成的，它使火星呈现出一种红色的外观，在肉眼可见的天体中独具一格。火星地表沙丘、砾石遍布且没有稳定的液态水，火星南半球是古老、充满陨石坑的高地，北半球则是较年轻的平原。
火星大以二氧化碳主，既稀薄又寒冷，其表面特人想起[[月球]]上的撞坑，以及[[地球]]上的山谷、沙漠和地冰。英中，通常被'''色星球'''（{{lang-en|Red Planet}}）。<ref name="Zubrin1997">{{cite book |title=The Case for Mars: The Plan to Settle the Red Planet and Why We Must |publisher=Touchstone |location=New York |first1=Robert |last1=Zubrin |first2=Richard |last2=Wagner |date=1997 |oclc=489144963 |isbn=978-0-684-83550-1}}</ref><ref name="Rees2012">{{cite book |title=Universe: The Definitive Visual Guide |publisher=Dorling Kindersley |location=New York |editor-first=Martin J. |editor-last=Rees |pages=160–161 |date=October 2012 |isbn=978-0-7566-9841-6}}</ref>是因为火星在視覺上呈現為[[橘紅色]]是因为地表广泛普遍的分布着[[氧化铁]]的造成的，它使火星呈现出一种红色的外观，在肉眼可见的天体中独具一格。火星地表沙丘、砾石遍布且没有稳定的液态水，火星南半球是古老、充满陨石坑的高地，北半球则是较年轻的平原。

火星已被無人飛船[[火星探測|探索]]。1964年11月28日，由[[NASA]]發射的[[水手4號]]是第一個訪問火星的航天器，於1965年7月15日最接近該行星。


火星有兩個[[天然衛星]]：[[火衛一]]和[[火衛二]]，形狀不規則，可能是捕獲的[[小行星]]。火星目前有四艘在軌運行的探測船，分別是[[火星奧德賽號]]、[[火星快車號]]和[[火星偵察軌道器]]以及2014年9月22日抵达的[[MAVEN]]轨道器，地表還有許多[[火星車]]和[[著陸器]]，包括兩台[[火星車]]：[[機會號]]和[[好奇號]]，固定式登陸探測器[[洞察號]]，和已經結束任務的[[旅居者號]]、[[精神號]]和[[凤凰号火星探测器|鳳凰號]]等等。根據觀測的證據，火星以前可能覆蓋大面積的水。亦觀察到最近十年內類似地下水湧出的現象。<ref name="marswater">{{cite web | publisher=NASA/JPL | date=2006-12-06 | url = http://www.nasa.gov/mission_pages/mars/news/mgs-20061206.html | title=NASA Images Suggest Water Still Flows in Brief Spurts on Mars | accessdate = 2007-01-04}} </ref>[[火星全球勘測者]]則觀察到南極冠有部份退縮。<ref>{{cite web|publisher=NASA |date=2005-09-20 |author=Webster, G.; Beasley, D. |title=Orbiter's Long Life Helps Scientists Track Changes on Mars |url=http://mpfwww.jpl.nasa.gov/mgs/newsroom/20050920a.html |accessdate=2007-02-26 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20070430085506/http://mpfwww.jpl.nasa.gov/mgs/newsroom/20050920a.html |archivedate=2007-04-30 }}</ref>[[火星快車號]]和[[火星偵察軌道器]]的雷達資料顯示兩極和中緯度地表下存在大量的水冰<ref name="water">{{cite web
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長期觀測火星發現，南半球地勢比北半球高，[[北極盆地]]顯示有過[[大碰撞說|大撞擊]]，推論約45億年前遭[[冥王星]]大小天體撞擊之後，不但形成[[火卫一]]和[[火卫二]]<ref>{{cite web|url=http://tech.qq.com/a/20160410/007442.htm | language= | title=科学家发现火星的两颗卫星可能是被撞出来的 |publisher=[[腾讯网]] |date=2016-04-10 |accessdate= }}</ref>，亦逼使內核熱能散溢出[[上地幔]]、內部攪拌逐漸停止，無法以[[发电机原理]]持續對流生成[[磁場]]。<ref>[[宇宙有道理]]：火星上的生與死（How the Universe Works: Life and Death on the Red Planet）. [[科学频道]]. 2017-01-24.<!--https://www.youtube.com/watch?v=LqU99RDofgg，可選英文字幕--></ref>由於火星比地球小，[[相對表面積]]與體積成反比而較大，因此火星核心也冷卻得比地球的快，地質活動趨緩，磁場和板塊運動消逝，[[太阳风]]帶走大氣變薄導致氣壓偏低，而造成液態水在低溫就會沸騰、無法穩定存在。<ref>層層透視大宇宙：征服火星（Strip The Cosmos: Expedition Mars）. [[科学频道]]. 2014-12-03.<!--各地播出集數、日期不同，以首播為準。--></ref>
長期觀測火星發現，南半球地勢比北半球高，[[北極盆地]]顯示有過[[大碰撞說|大撞擊]]，推論約45億年前遭[[冥王星]]大小天體撞擊之後，不但形成[[火卫一]]和[[火卫二]]<ref>{{cite web|url=http://tech.qq.com/a/20160410/007442.htm | language= | title=科学家发现火星的两颗卫星可能是被撞出来的 |publisher=[[腾讯网]] |date=2016-04-10 |accessdate= }}</ref>，亦逼使內核熱能散溢出[[上地幔]]、內部攪拌逐漸停止，無法以[[发电机原理]]持續對流生成[[磁場]]。<ref>[[宇宙有道理]]：火星上的生與死（How the Universe Works: Life and Death on the Red Planet）. [[科学频道]]. 2017-01-24.<!--https://www.youtube.com/watch?v=LqU99RDofgg，可選英文字幕--></ref>由於火星比地球小，[[相對表面積]]與體積成反比而較大，因此火星核心也冷卻得比地球的快，地質活動趨緩，磁場和板塊運動消逝，[[太阳风]]帶走大氣變薄導致氣壓偏低，而造成液態水在低溫就會沸騰、無法穩定存在。<ref>層層透視大宇宙：征服火星（Strip The Cosmos: Expedition Mars）. [[科学频道]]. 2014-12-03.<!--各地播出集數、日期不同，以首播為準。--></ref>


=== 內部結構 ===
=== 地質 ===
=== 地質 ===
{{main|火星地質}}
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現今火星風成地形遍佈，如[[吹蝕]]、[[磨蝕]]等風蝕作用，和沙塵遇地形阻礙而[[填積]]、[[侵積]]等風積作用。（名詞解釋：<ref>[http://www2.pccu.edu.tw/CRUCTE/Hs-geography/html/geomorphology3.htm 自然地理-風力作用和風成地形] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090227002345/http://www2.pccu.edu.tw/CRUCTE/Hs-geography/html/geomorphology3.htm |date=2009-02-27 }} 高中地理教師在職進修網，中國文化大學地理系製</ref>）前者形成如廣泛分布於[[梅杜莎槽溝層]]的[[風蝕脊]]<ref>[http://ougseurope.org/rockon/surface/yardangs.asp Yardangs, On the Surface, Martian Fleets] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080827155820/http://ougseurope.org/rockon/surface/yardangs.asp |date=2008-08-27 }}</ref>，後者則如[[大瑟提斯高原]]上撞擊坑下風處的沙塵堆積，和撞擊坑中常見的[[沙丘]]。
現今火星風成地形遍佈，如[[吹蝕]]、[[磨蝕]]等風蝕作用，和沙塵遇地形阻礙而[[填積]]、[[侵積]]等風積作用。（名詞解釋：<ref>[http://www2.pccu.edu.tw/CRUCTE/Hs-geography/html/geomorphology3.htm 自然地理-風力作用和風成地形] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090227002345/http://www2.pccu.edu.tw/CRUCTE/Hs-geography/html/geomorphology3.htm |date=2009-02-27 }} 高中地理教師在職進修網，中國文化大學地理系製</ref>）前者形成如廣泛分布於[[梅杜莎槽溝層]]的[[風蝕脊]]<ref>[http://ougseurope.org/rockon/surface/yardangs.asp Yardangs, On the Surface, Martian Fleets] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080827155820/http://ougseurope.org/rockon/surface/yardangs.asp |date=2008-08-27 }}</ref>，後者則如[[大瑟提斯高原]]上撞擊坑下風處的沙塵堆積，和撞擊坑中常見的[[沙丘]]。


=== 地理 ===
=== 地理 ===
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[[File:Mars topography (MOLA dataset).png|thumb|280px|left|火星地形圖，中央為東經180度。低到高順序為藍、綠、黃、紅到最高的白。]]
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=== 氣候 ===
=== 水文 ===
=== 水文 ===
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2020年5月5日 (二) 11:31的版本

关于与「火星」標題相近或相同的条目页，請見「火星 (消歧義)」。
火星 火星的天文符號
火星的真實色彩影像，2007年2月由羅塞塔號拍攝
軌道參數
曆元 J2000[1]
遠日點2.492 3×108 km
1.666 AU
近日點2.066 2×108 km
1.381 AU
半長軸2.279 366×108 km
1.523 662 31 AU
離心率0.093 412 33
軌道週期
  • 686.98地球日
  • 1.88年
  • 668.599 火星日
會合週期
平均軌道速度24.13 km/s
平近點角19.3871°
軌道傾角1.850 61°
(對太陽赤道5.65°)
升交點黃經49.578 54°
已知衛星2
物理特徵
平均半徑3389.5 km
(0.532 倍於地球)
赤道半徑3396.2 km
(0.532 倍於地球)
極半徑3376.2 km
(0.531 倍於地球)
表面積
  • 1.441×108 km²
  • 144,798,465 km²
  • 0.282 倍於地球
體積1.631 8×1011 km³
(0.151 倍於地球)
質量6.418 5×1023 kg
(0.107 倍於地球)
平均密度3.94 g/cm³
表面重力3.693 m/s² (0.377g)
5.02 km/s
恆星週期1.026 日
(24.622 9 小時)
赤道自轉速度868.22 km/h
轉軸傾角25.19°
北極赤經21 h 10 min 44 s
(317.681 43°)
北極赤緯52.886 50°
反照率0.15
表面溫度 最低 平均 最高
絕對溫標 130 K 210 K 308 K[2]
攝氏溫標 −143℃ −63℃ 35℃
視星等最大：-2.91
衝：平均-2.0
角直徑3.5″－25.1″
衝：平均17.9″
大氣特徵
表面氣壓6.36 hPa (平均半徑)
0.4－8.7 hPa (季節變化)
成分95.32% 二氧化碳

2.7% 氮氣
1.6% 氬
0.13% 氧氣
0.08% 一氧化碳
210 ppm 水蒸氣
100 ppm 一氧化氮
2.5 ppm 氖
300 ppb 氪
130 ppb 甲醛
80 ppb 氙
30 ppb 臭氧

10 ppb 甲烷

火星（拉丁語：Mars, 天文符號♂），是離太陽第四近的行星，也是太阳系中仅次于水星的第二小的行星，为太陽系里四顆類地行星之一。西方稱火星為瑪爾斯，是羅馬神話中的戰神，所以在英语中，火星是罗马战神的意思，通常被称为“红色星球”；古漢語中則因为它荧荧如火，位置、亮度時常變動讓人無法捉摸而稱之為熒惑。火星是太陽系的八大行星中第二小的行星，其質量、體積仅比水星略大。火星的直徑約為地球的一半，自轉軸傾角、自轉週期則與地球相當，但繞太陽公轉周期是地球的兩倍[3]。在地球上，火星肉眼可見，亮度可達-2.91，只比金星、月球和太陽暗，但在大部分時間裡比木星暗。火星距離地球最近在1億公里以內（最遠達4億公里，探測器需飛行約7個月抵達火星）。

火星大氣以二氧化碳為主，既稀薄又寒冷，其表面特徵讓人聯想起月球上的撞擊坑，以及地球上的山谷、沙漠和極地冰蓋。英語中，通常被稱為紅色星球（英語：Red Planet）。[4][5]是因为火星在視覺上呈現為橘紅色是因为地表广泛普遍的分布着氧化铁的造成的，它使火星呈现出一种红色的外观，在肉眼可见的天体中独具一格。火星地表沙丘、砾石遍布且没有稳定的液态水，火星南半球是古老、充满陨石坑的高地，北半球则是较年轻的平原。

火星已被無人飛船探索。1964年11月28日，由NASA發射的水手4號是第一個訪問火星的航天器，於1965年7月15日最接近該行星。

火星有兩個天然衛星：火衛一和火衛二，形狀不規則，可能是捕獲的小行星。火星目前有四艘在軌運行的探測船，分別是火星奧德賽號、火星快車號和火星偵察軌道器以及2014年9月22日抵达的MAVEN轨道器，地表還有許多火星車和著陸器，包括兩台火星車：機會號和好奇號，固定式登陸探測器洞察號，和已經結束任務的旅居者號、精神號和鳳凰號等等。根據觀測的證據，火星以前可能覆蓋大面積的水。亦觀察到最近十年內類似地下水湧出的現象。[6]火星全球勘測者則觀察到南極冠有部份退縮。[7]火星快車號和火星偵察軌道器的雷達資料顯示兩極和中緯度地表下存在大量的水冰[8][9][10]。2008年7月31日，鳳凰號直接於表土之下證實水冰的存在。[11]2013年9月26日，火星探測車好奇號發現火星土壤含有豐富水分，大約為1.5至3重量百分比，顯示火星有足夠的水資源供給未來移民使用。2015年9月證實火星有間歇流動的液態水（液態鹽水）。[12][13][14][15][16]2018年7月25日，意大利航天局宣佈，在火星冰盖之下發現一個直径20公里的冰下湖。這是太空科学家在火星上探测到的首个大型液态水体[17]。

行星名稱

  • 古中國：取其「熒熒如火、亮度與位置變化甚大使人迷惑」之意，命名「熒惑」。《尚書·舜典》記載：「在璿璣玉衡以齊七政。」孔穎達疏：「七政，其政有七，於璣衡察之，必在天者，知七政謂日月與五星也。木曰歲星，火曰熒惑星，土曰鎮星，金曰太白星，水曰辰星。」今日則取名「火星」。
  • 古希臘：因火紅之色而取名「Ares」（音：阿瑞斯），源自希臘神話的戰神，天神宙斯的兒子阿瑞斯（希臘語：Ἀρης）。
  • 古羅馬：因火紅之色而取名「Mars」（音：馬爾斯），源自羅馬神話的戰神瑪爾斯（拉丁語：Mars）。

物理特征

火星直徑約為地球的一半

以直徑、質量、表面重力來說，火星約介於地球和月球中間：火星直徑約為地球的一半、月球的兩倍，質量約為地球的九分之一、月球的九倍，表面重力約為地球的38%、月球的2.4倍。火星體積约為地球的15%，質量约為11%，表面積略小于地球陸地面積，密度則比其他三顆類地行星還要小很多[18]。2012年8月，加利福尼亚大学洛杉矶分校的教授尹安在分析了100张来自火星勘测轨道飞行器的卫星图片后发现，火星有类似地球主要板块划分的构造特点[19]。

長期觀測火星發現，南半球地勢比北半球高，北極盆地顯示有過大撞擊，推論約45億年前遭冥王星大小天體撞擊之後，不但形成火卫一和火卫二[20]，亦逼使內核熱能散溢出上地幔、內部攪拌逐漸停止，無法以发电机原理持續對流生成磁場。[21]由於火星比地球小，相對表面積與體積成反比而較大，因此火星核心也冷卻得比地球的快，地質活動趨緩，磁場和板塊運動消逝，太阳风帶走大氣變薄導致氣壓偏低，而造成液態水在低溫就會沸騰、無法穩定存在。[22]

內部結構

地質

主条目：火星地質
古瑟夫撞擊坑充滿沙石的地表
Endurance撞擊坑中的沙丘

火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、礫石遍佈，沒有穩定的液態水體。二氧化碳為主的大氣既稀薄又寒冷，沙塵懸浮其中，每年常有塵暴發生。與地球相比，地質活動不活躍。

火星地表地貌大部份於遠古較活躍的時期形成，充滿撞擊坑，有密佈的隕石坑、火山與峽谷，包括太陽系最高的山：奧林帕斯山和最大的峽谷：水手號峽谷。另一個獨特的特徵是南北半球的明顯差別：南方是古老、充滿隕石坑的高地，北方則是較年輕的平原，兩極皆有主要以水冰組成的極冠，而上覆的乾冰會隨季節消長。

基於撞擊坑密度的撞擊坑計數法可判別出地表年齡：撞擊坑大而密集處較老，反之則年輕，進而將地質年代分為四個階段：前諾亞紀、諾亞紀、赫斯珀利亞紀和亞馬遜紀。前諾亞紀沒有留下實質地表，此時地形南北差異形成，有全球性磁層；諾亞紀有大量隕石撞擊，火山活動旺盛，可能有溫暖潮濕的大氣、河川和海洋，侵蝕旺盛，但到末期這些活動已減弱很多；赫斯珀利亞紀，火山活動仍然繼續；亞馬遜紀則是大氣稀薄乾燥，以冰為主要活動，如極冠、冰凍層、冰河，並有週期性變遷，溝壑也是這時期形成，火山活動趨緩並集中在塔爾西斯與埃律西昂。

現今火星風成地形遍佈，如吹蝕、磨蝕等風蝕作用，和沙塵遇地形阻礙而填積、侵積等風積作用。（名詞解釋：[23]）前者形成如廣泛分布於梅杜莎槽溝層的風蝕脊[24]，後者則如大瑟提斯高原上撞擊坑下風處的沙塵堆積，和撞擊坑中常見的沙丘。

地理與命名

主条目：火星地理
火星地形圖，中央為東經180度。低到高順序為藍、綠、黃、紅到最高的白。

火星和地球一樣擁有多樣的地形，有高山、平原和峽谷。南北半球的地形有著強烈的對比：北方是被熔岩填平的低原，南方則是充滿撞擊坑的古老高地，而兩者之間以明顯的斜坡分隔；火山地形穿插其中，眾多峽谷分布各地，南北極有以水冰与干冰組成的極冠，而風成沙丘廣布整個星球。隨著衛星拍攝的越來越多，更發現很多耐人尋味的地形景觀。

20世紀早期地面以無線電波測量火星地形。1976年海盜號進行的地形測量，發現了峽谷和南北半球的巨大差異，而衍生出北方平原本是海洋的假說。火星全球勘測者自1999年起以雷射進行更精確的地形測量，得出目前使用的全球地形圖，以火星大地水準面（Areoid）為基準，最高點在奧林帕斯山，高21,229公尺；最低點在希臘平原，低於基準8,200公尺。[25]現在很多探測器如火星勘察衛星、火星快車號和火星探測漫遊者運用航照圖的地形判別方法，以視差法來測量區域地形，並製成高解析度立體照片。

火星的經度坐標採用東經0至360度，不是地球的東西經各180度。

來自火星奧德賽號上熱輻射成像系統（THEMIS）的影像顯示阿爾西亞山北坡有七個可能的深洞，照片中光線無法抵達底部，推測底部可能更深、更寬，可能免受微隕星、紫外線、太陽閃焰和其他高能粒子的侵害，可能是未來尋找液態水或生命痕跡的可行地點。但後來火星勘察衛星的更高解析度HiRISE影像部分推翻了之前猜測，認為只是光線角度造成深不見底的樣子。

大氣

主条目：火星大氣層和火星氣候
由太空所見的火星稀薄且充滿塵埃的紅色大氣層。左下方是阿爾及爾平原。

火星大���層相對較薄，平均地表氣壓只有6百帕，约为地球表面氣壓的0.6%，相當於地球表面算起35公里高的氣壓，如此低的氣壓使聲音傳播的距離只有在地球上的1.5%。[26][27]隨著季節的變化，火星氣壓變化可達20%。火星大氣层按高度可分为低層大氣、中層大氣、上層大氣和外氣層。其中低層大氣由於氣懸微塵與地表的熱，這部份相對溫暖；中層大氣存在有高速氣流；上層大氣（或熱氣層）溫度很高，大氣分子也不再像下層那樣分布均勻；外氣層高度在200公里以上，大氣漸漸過度到太空，無明顯外層邊界。

火星大氣成分为95%的二氧化碳，3%的氮气，1.6%氬气，很少的氧气、水氣等，亦充滿著很多懸浮塵埃，吸收藍光使天空成黃褐色。[28]2003年火星大衝時地面望远镜在大气中发现了甲烷；2004年3月，火星奧德賽號确认了这一发现。由於甲烷易被紫外線分解，存在甲烷表示现在或者最近几百年内在火星上存在製造甲烷的来源，火山作用、地質作用、彗星或小行星撞击甚至生物來源如甲烷古菌等都有可能。[29] [30]2013年9月19日，根據從好奇號得到的進一步測量數據，NASA科學家報告，並沒有偵測到大氣甲烷（atmospheric methan）存在跡象，測量值為0.18±0.67 ppbv，對應於1.3 ppbv上限（95%置信限），因此總結甲烷微生物活性概率很低，可能火星不存在生命。但是，很多微生物不會排出任何甲烷，仍舊可能在火星發現這些不會排出任何甲烷的微生物。[31][32][33]

由於火星比地球離太陽遠，日射量較少，表面溫度應較低，計算值約210K，但實際觀測地表平均約240K，則是因為大量的二氧化碳所造成的溫室效應。由於大氣層很薄，無法保留很多熱，使地表日夜溫差很大，某些地區地表温度白天可達28℃，夜晚可低至-132℃，平均-52℃。火星大氣環流主要為單胞環流，由赤道相對熱空氣上升，漂至極區下沉，再沿地面回到赤道。另外，在火星的夏半球，極冠的二氧化碳昇華進入大氣，使氣壓升高；而冬半球由於二氧化碳凝華，氣壓下降，由於進出大氣的二氧化碳量高達25%，造成南北壓力差，空氣便傾向由高壓的夏半球流向低壓的冬半球，形成另一依季節而變向的環流。因此火星的天氣系統趨向成為全球性的，例如塵暴。[1]

火星天氣重覆次數較高，比地球容易預測。如果一個氣象事件在一年的特定時間中發生，可提供的資料（相當稀疏）指出，很可能在下一年幾乎同一個位置再發生一次，誤差最多一個星期。2008年9月29日，鳳凰號拍下了降雪事件，是在接近鳳凰號登陸地點附近海姆達爾撞擊坑之上，高 4.5 公里的雲降雪。這次降水在到達火星表面時就已蒸發，這現象稱為幡狀雲[34]。火星上的风速要超過地球100倍[35]。

氣候

水文

主条目：火星水文和火星極冠
相隔六年即發現新的沖蝕溝沉積物

火星地表遍佈著流水的遺跡，有些是洪水刻畫而成，有些則是降雨或地下水流動而形成，但多半年代久遠。沖蝕溝（gullies）則是另一類規模較小的地形，但形成年代十分年輕，常分布於撞擊坑壁，型態多樣。關於成因有兩派說法，一派認為是由流動的水造成，另一方則認為是凹處累積的乾冰促使了鬆軟物質滑動。[36]

北極初夏的冰蓋（1999年）
南極仲夏的冰蓋（2000年）

火星南北極有明顯的極冠，曾被認為是由乾冰組成，但實際上絕大部分為水冰，只有表面一層為乾冰。這層乾冰在北極約1公尺厚，在南極則約8公尺厚，是冬季時凝華而成，到夏季則再度昇華進入大氣，不過南極的乾冰並不會完全昇華。[37]夏季仍存在的部分稱為永久極冠，而整體構造稱做極地層狀沉積（Polar Layered Deposits），和地球南極洲與格陵蘭冰層一樣為一層層的沉積構造。北極冠寬達1,100公里，厚達2公里，體積82.1萬立方公里[38]；南極冠寬達1,400公里，最厚達3.7公里，體積約1.6百萬立方公里。[39]兩極冰冠皆有獨特的螺旋狀凹谷，推論主要是由光照與夏季接近昇華點的溫度使溝槽兩側水冰發生差異融解和凝結而逐漸形成的。[40][41]

2011年由火星勘察衛星的淺地層雷達發現南極冠有部分原本認為是水冰的地層其實是乾冰，所含二氧化碳量相當於大氣含量的80%，這比以往認為的要多很多。根據此的模擬結果，十萬年一週期的氣候變遷中藉由乾冰昇華、凝結，大氣總質量的變化幅度會達數倍。[42][43]由這些乾冰沉積上方地表的下陷與裂隙判斷，乾冰正在慢慢昇華。[44]

一處疑似冰河的地形

自海盜號即發現，火星北半球中緯度有幾處峽谷底含有條紋流動狀的地表特徵，但不確定是富含冰的山崩、含冰土的流動或是塵礫覆蓋的冰河。但根據更新任務的資料與比對地球的相關地形，支持這些是冰河，且推測是自轉軸傾角較大時的氣候狀態下所累積的。[45]

由火星奧德賽號X射線光譜儀的中子偵測器得知，自極區延伸至緯度約60°的地方表層一公尺的土壤含冰量超過60%[46][47]，推��有更大量的水凍在厚厚的地下冰層（cryosphere）。

另外一個關於火星上曾存在液態水的證據，就是發現特定礦物，如赤鐵礦和針鐵礦，而這兩者都需在有水環境才能形成。[48]

對於於火星上有冰存在的直接證據在2008年6月20日被鳳凰號發現，鳳凰號在火星上挖掘發現了八粒白色的物體，當時研究人員揣測這些物體不是鹽（在火星有發現鹽礦）就是冰，而四天後這些白粒就憑空消失，因此這些白粒一定昇華了，鹽不會有這種現象。2008年7月31日，美国航空航天局科学家宣布，凤凰号火星探测器在火星上加热土壤样本时鉴别出有水蒸气产生，从而最终确认火星上有水存在。

2013年9月26日，美国航空航天局科學家報告，火星探測車好奇號發現火星土壤含有豐富水分，大約為1.5至 3重量百分比，顯示火星有足夠的水資源供給未來移民使用。[12][13][14][15]

2015年9月28日，美国航空航天局宣佈，在火星上發現液態的鹽水。根据火星勘测轨道飞行器配备的光谱仪获得的数据，研究人员在火星的神秘斜坡上发现了水合矿物。这些暗色条纹表明火星地表随时间变化有流水存在。在较温暖的季节，这些线条的颜色变得更深，表明水流在斜坡上出现，在较冷的季节，这些地表特征变浅。在火星的部分地区，最高温度可以达到摄氏零下23度，此时深色线条最明显。[49]

2018年7月25日，据意大利媒体报道，该国科学家在火星上首度发现一个地下液态水湖。该研究称，“火星地下及电离层高级探测雷达”在火星南极冰层下1.5千米处发现一个大型液态水湖，里面含有盐。湖的直径约为20千米，温度至少为零下10度。[50]

运动规律

参见：火星衝日和火星計時
火星與地球的軌道與季節長度比較。

火星與太陽平均距離為1.52AU，公轉週期為1.88地球年，687地球日，或668.6火星日。火星公转軌道和地球的一樣，受太陽系其他天體影響而不斷變動。軌道離心率有兩個變化週期，分別是9.6萬年和210萬年，於0.002至0.12間變化[51]；而地球的是10萬年和41.3萬年，於0.005至0.058間變化（見米蘭科維奇循環）。

火星日平均為24小時39分35.244秒[52]，或1.027地球日。[53]火星目前自轉軸傾角為25.19度，和地球的相近，但可在13度至40度間變化，週期为一千多萬年，不像地球的穩定處於22.1和24.5度間，是因為火星沒有如月球般的巨大衛星來維持自轉軸。[54]由于沒有大衛星的潮汐作用，火星自轉週期變化小，不像地球的會被慢慢拉長。

火星自轉軸有明顯傾斜，日照的年變化形成明顯的四季變化，而一季的長度約為地球的兩倍。由於火星軌道離心率大，為0.093（地球只有0.017），使各季節長度不一致，又因遠日點接近北半球夏至，北半球春夏比秋冬各長約40天。2009年10月26日為北半球春分，2010年5月13日為夏至，目前北半球處春季。雖然火星沒有地球般受海洋影響的複雜氣候，但仍有以下特殊之處：火星軌道離心率比地球大，造成日射量在一年當中變化更大，位於近日點時，南半球處夏季，比北半球遠日點夏季所造成的升溫更強；隨季節交替，二氧化碳和水氣會昇華和凝結而在兩極冠間遷移，驅動大氣環流；地表反照率特徵，因顏色深淺和沙、岩性質差異而造成的容積熱容不同，可影響大氣環流；易發生的塵暴會將沙塵粒子捲入高空，沙塵粒子吸收日光與再輻射會使高層大氣增溫，但遮蔽天空的沙塵會使地表降溫；自轉軸傾角和軌道離心率的長期變化則造成了氣候的長期變遷。火星表面的平均温度比地球低30度以上。

目前火星與地球最短距離正慢慢減小。当地球與火星之間的距离最小时，称为火星衝日。火星相鄰兩次衝日的時間間隔約為779天，最近一次出現在2018年7月27日，下一次火星衝日將出現在2020年10月13日[55]。當地球與太陽和火星連成一線时，在火星上便可看到地球凌日，在太陽的位置可看到地球的黑點通過，同理还有水星凌日 (火星)，在地球上则不会看到火星凌日。

衛星

火衛一（左）和火衛二（右）大小比較（合成圖）。
主条目：火星的衛星

火星有两个天然衛星——火衛一（Phobos）与火衛二（Deimos），最長直徑各為27公里和16公里，形狀不規則並充滿撞擊坑，以近圓形的軌道於接近火星赤道面處公轉。它們雖然很小，但由於接近火星，使火衛一從火星上看約有滿月直徑的二分之一至三分之一大，而視星等火衛一可達-7，火衛二可達-5，白天可能可見。[56]和月球一樣，這兩顆衛星都被火星潮汐锁定，因此他们总是以一面对着火星。火衛一的公转週期比火星自转更快，所以在火星上來看是西升東落的，且只花了約4個小時；而火衛二的公轉周期只比火星自轉慢一些，東昇西落要花約2.4個火星日。[56]因為火衛一離火星很近，火星的潮汐力会慢慢但稳定地减小它的轨道半径，預計再過約760萬年，火衛一将因軌道低於3620公里，也就是火星的洛希极限而被瓦解。[57]另一方面火衛二因为离火星足够远，所以它的轨道反而正在慢慢地被推进。

兩衛星可能是捕獲的小行星，但新研究認為可能是撞擊事件、或原本的衛星被火星潮汐力拉碎後，由散佈軌道上的岩屑再度吸積而形成。[58]

两颗衛星是在1877年被阿薩夫·霍爾发现的，以希腊神话中的福波斯和得摩斯命名，兩者皆為战神阿瑞斯的儿子。

觀測探测

古代

火星的火红色，自古就吸引着人们，希臘人稱為戰神。此時火星觀測和其他天體般，大部分是為了占星，而後漸漸涉及科學方面，如克卜勒探索行星運動定律時是依據第谷积累的大量而精密的火星運行觀測資料。

各時期的火星觀測

望遠鏡出現後，人们对火星可以进行更進一步的觀測。使用望遠鏡观测星空的伽利略所見的火星只是一個橘紅小點，然而隨著望遠鏡的發展，觀測者開始辨別到一些明暗特徵。惠更斯依此測出火星自轉週期約為24.6小時，而他亦為首次紀錄火星南極冠的人。一開始由于各人各自觀測，意見不一致，地名也未統一（例如用繪製者名字命名）。後來義大利的喬范尼·斯基亞帕雷利統合了各家說法而繪製了地圖，地名取自地中海、中東等的地名和聖經等作為來源，而其餘則依照舊有的觀念：暗區被認為是湖（lacus）海（mare）等水體，如太陽湖、塞壬海、明顯的暗大三角——大瑟提斯；而亮區則是陸地，如亞馬遜。這個命名系統一直延續下來。

當時，斯基亞帕雷利和同期觀測者一樣，觀察到了火星表面似乎有一些從暗區延伸出的細線，因為對於暗區是水體的傳統，這些細線命名為水道（canali）。而後來觀察到暗區會在冬季時縮小、夏季時擴張，有人提出暗區是植物覆蓋、而暗區的擴大縮小則是消長所引起的，改變以往認為暗區是水的說法。帕西瓦爾·羅威爾觀察到並宣稱那些「水道」其實是人工挖掘的「運河」，用來灌溉植物，因為水道應太細不可見，而看到的細線應是灌溉出的大片植物。风靡大众的火星科幻和火星人即源于此。不過這些細線大多已證明是不存在的，部分則是峽谷或隕石坑後延伸出的深色沙子。而火星表面颜色的改变则是因为沙被風吹移，或發生火星塵暴。

到了太空時代，水手4號傳回的充滿隕石坑的火星照片粉碎了人們對火星文明的幻想，認為火星只是一處如月球般佈滿隕石坑的死寂星球。但隨著往後水手9號等的巨大峽谷、火山和疑似流水遺跡的發現，火星的獨特性、液態水和生命的可能又重新引起人們的興趣。（見#近代探测）

近代

主条目：火星探测
海盜2號接近火星時所照，可見艾斯克雷爾斯山、水手號峽谷和覆霜的阿爾及爾平原。
動畫展示各個火星探測器的登陸點
海盜1號登陸器所攝地景

蘇聯、美國、歐洲和日本共已發射數十艘太空船研究火星表面、地質和氣候，包括軌道衛星、登陸器和漫遊車。總計大約有三分之二的任務在完成前或是才要開始時就因種種原因而失敗。目前將物體由地球地表送往火星約要花費每公斤30,900美元。[59]

1965年水手4號飛掠火星。1971年水手9號進入火星軌道，成為第一個環繞火星的探測船[60]。1971年蘇聯火星計畫火星2號的登陸器墜毀後數日，相同的火星3號的登陸器成功登陸火星，為第一個成功登陸火星的探測器，但登陸十幾秒後即失去聯繫。1975年NASA發射海盜號，包括兩組軌道衛星和登陸器。海盜1號和2號軌道衛星各運作了六年和三年。兩個登陸器皆於1976年成功登陸，傳送了第一張火星地景的彩色照片[61]，而軌道衛星也繪製了很好的火星地圖，甚至到今天都還在使用。

1988年蘇聯發射弗伯斯1號、2號以探測火星和兩個衛星。弗伯斯1號於抵達前失聯，而弗伯斯2號雖然成功拍攝了火星和火衛一，但在準備要放出兩艘登陸器到火衛一之前失聯。

在1992年火星觀察者失敗後，NASA於1996年11月發射了火星全球勘測者，且任務非常成功。它在2001年即完成了原訂的地圖繪製工作��並三次延長任務，直到2006年11月2日失聯而結束，總計共花了10年在太空中工作。在火星全球勘測者發射一個月後，NASA發射了火星探路者，包括了一個登陸器和漫遊車——旅居者號（Sojourner），於1997年7月登陸在阿瑞斯峽谷。這任務也很成功，且也很知名，部分是因為傳回的大量照片。[62]

NASA的火星勘測98計畫於1998、99年發射了火星氣候衛星與火星極地登陸者，前者預計研究氣候、水與二氧化碳等，後者則預計於南極登陸，船上的搭載深空2號則計畫於火星極地登陸者進入大氣時釋放，直接降落穿入地表進行研究。但整個計畫在2000年到達火星時失敗。

NASA於2007年8月發射鳳凰號，於2008年5月登陸在火星北緯68度的極區。[63]鳳凰號登陸器有一支可伸及2.5公尺的機械手臂，且可挖掘土壤1公尺深。有搭載一座顯微鏡，解析度達人類頭髮寬度的千分之一。2008年6月20日確認2008年6月15日發現的地表白色物質為水冰。[64][65]2008年11月10日進入冬季而無法繼續聯繫鳳凰號，任務結束。[66]

2001年NASA發射了2001火星奧德賽號，任務成功進行並延續到2010年9月。[67]船上的伽瑪射線光譜儀於地表下一公尺內偵測到大量的氫，也就是大量的水分子。[68]

2003年歐洲太空總署發射了火星快車號，包括軌道衛星和登陸器——小獵犬2號，而小獵犬2號於2004年2月降落時失敗。[69]2004年船上的行星傅立葉光譜儀於大氣中偵測到甲烷。2006年6月ESA宣布火星快車號發現極光。[70]

2003年NASA發射了兩台相同的火星探測漫遊者——精神號（MER-A）和機會號（MER-B）。兩台皆於2004年1月成功登陸並工作超過預定時間。傳回的資料中最有價值的大概是兩地過去有水的確實證據。塵捲風和風暴偶爾清除了太陽能板上的沙塵，使他們得以超過預定任務時間而繼續工作。[71]

2005年8月NASA發射了火星勘察衛星，於2006年3月進入火星軌道展開為期2年的工作。它搭載更進步的通訊系統，頻寬比之前任務總和還寬，且傳回的資料遠多於過去任務的總和。擁有解析度高達0.3公尺的相機——HiRISE，拍攝地表和天氣以尋找未來任務的適合登陸地點。2008年2月19日拍攝到北極冠邊緣的一系列雪崩影像。[72]

2007年2月25日，探測彗星的羅塞塔號近距離飛掠火星並拍照，有拍到很高的雲。[73]

2009年2月17日，黎明號飛掠火星以重力助推前往目的地灶神星和穀神星，並在接近火星時拍了照。[74]

中俄合作的火衛一-土壤號于2011年升空，將會送回火衛一土壤樣本。而该探测器还将搭载一颗重110公斤的火星探测器，也就中國第一艘無人駕駛火星探測船螢火一號（YH-1），預計乘坐俄羅斯的聯盟號運載火箭升空，航程大約10個月。螢火一號主要研究火星的電離層及周圍空間環境，火星磁場等。该探测器发射到近地轨道后，因为与地面失去联系变轨失败，探测器的碎片于莫斯科时间2012年1月15日坠落在太平洋海域。

繼鳳凰號之後，NASA於2011年的發射的火星科學實驗室（好奇号），在2012年8月6日05:31UTC成功登陆火星的盖尔撞击坑。它和火星探測漫遊者一樣是火星車，但更大更快更進步。搭載雷射化學檢測儀，可在13公尺外分析岩石組成[75]。比起之前其它火星任务，它携带了更多先进科学仪器。本次任务的总成本达到了25亿美元，是历来最贵的火星探测任务。[76]

2008年9月15日NASA發表了MAVEN任務，預計2013年以各種機器研究火星大氣。[77]

芬蘭、俄羅斯的合作計畫MetNet包括數十個登陸器組成觀測網，以研究大氣結構、物理和天氣。[78]這任務的前導任務將會於2011年先發射一至數個登陸器[79]，有可能是和火衛一-土壤號併在一起發射。[79]往後的發射會持續到2019年。

2016年ESA計畫發射第一台火星車——ExoMars，它可挖掘兩公尺深以尋找有機物甚至火星生命。[80]

2004年美國總統布什宣布載人火星任務為太空探索展望中的長期目標。[81]NASA和洛克希德·馬丁已開始研究獵戶座太空船，計畫於2020年以前送人類到月球，作為人類登陸火星的準備。2007年9月28日，NASA執行長麥可·D·格里芬聲明NASA預計於2037年以前送人類到火星。[82]

ESA希望於2030至2035年間送人類上火星。[83]而在這之前有其他探測任務，包括ExoMars和火星樣本取回任務。

直達火星是羅伯·祖賓——火星学会的創始人和主席——提出的極低成本載人火星任務，使用重載的農神五號級火箭，如戰神五號或太空探索技術公司（SpaceX）的獵鷹九號，省略軌道組裝、低地軌道會合和月球燃料補給站而直接用小的太空船前往火星。修改後的計畫，叫做Mars to Stay[2]，改成先不送回第一批登陸者，狄恩·尤尼克說明送回一開始的四到六人所花費用比送他們到火星還高，反而可再送二十人。[3]

2007 WD5：2007年11月20日NASA JPL近地天體觀測計畫發現，一顆直徑約50公尺的小行星2007 WD5可能會在2008年1月30日撞擊火星，但隨著觀測資料越多，終把撞擊機率降至0.01%[84]，小行星則於1月30日掠過火星。

火星生命

主条目：火星殖民和火星地球化
畫家筆下有生命的火星

2000年，美国科学家在南极��发现了一块火星陨石。这是一块碳酸盐陨石，后被编号为ALH84001。美国国家航空航天局声称在这块陨石上发现了一些类似微體化石的结构，有人认为这可能是火星生命存在的证据，但也有人認為這只是自然生成的礦物晶體。直到2004年，争论的双方仍然没有任何一方占据上风。

有证据顯示火星曾比今日更适合生命存在，但生命在火星上到底是否真正存在过还没有确切的结论。某些研究者认为源自火星的ALH84001陨石有过去生命活动的证据，但这一看法至今尚未得到公认。另有反对的观点认为，自幾十亿年前产生以来，该陨石从未长期处于液态水存在的温度下（因而不会曾有生命活动）。

海盜号曾做实验检测火星土壤中可能存在的微生物。实验只分析了海盜号着陆点处的土壤并给出了阳性的结果，但随后即被许多科学家所否定，而这一结果也仍就处在争议之中。现存生物活动也是火星大气中存在微量甲烷的解释之一，但亦有其它与生命无关的解释。

人类若对外星殖民，由于火星的适宜条件（同其他行星相比，火星最像地球，而且距离相对较近），它将是人类的首选地点。

2018年6月6日，美國太空總署宣布，好奇號探測車在火星的古老湖床的岩石裏，發現有機物質。這可能對尋找生命給出重要線索。[85]

相关文化

中国古人認為火星在位置及亮度上都常變不定，故稱為「熒惑」，在星占學上象徵殘、疾、喪、飢、兵等惡象。「熒惑守心」是火星留守在心宿（天蠍座）的天文現象，心宿主要有三顆星，中間這顆最亮，代表皇帝，旁邊的兩顆代表太子、庶子。熒惑守心是很罕見的天象，被認為最不祥，可能出現兩種結果一是皇帝駕崩，或是宰相下台。西漢成帝綏和二年（前7年），天文台觀測到了熒惑守心，宰相翟方進被漢成帝賜了毒酒自殺。翟方進死沒幾天，漢成帝突然暴斃[86]，王莽後來稱帝，翟方進之子翟義起兵反王莽。

台灣國立清華大學黃一農教授在他的專書《名家專題精講系列—社會天文學史十講》內的其中一篇文章《中國星占學上最凶的天象──「熒惑守心」》提到，現在以電腦推算發現當年並未發生此天象，中國史籍中記載熒惑守心共二十三次，但有十七次是偽造的。中國歷史上實際發生過的熒惑守心則共有三十八次，且在中國史籍多無記錄[87][88]。

关于火星的神话传说有：

參見

參考文獻

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外部链接

维基共享资源中相關的多媒體資源：火星（分類）
火星上的水
火星探索
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