火星的基本情况

火星的基本情况
火星的基本情况

火星的基本情况
火星（Mars）
火星是太阳系八大行星之一,按离太阳由近及远的次序为第四颗.肉眼看去,火星是一颗引人注目的火红色星,它缓慢地穿行于众星之间,在地球上看,它时而顺行时而逆行,而且亮度也常有变化,最暗时视星等为+1.5,最亮时比天狼星还亮得多,达到-2.9.由于火星荧荧如火,亮度经常变化,位置也不固定,所以中国古代称火星为“荧惑”.而在古罗马神话中,则把火星比喻为身披盔甲浑身是血的战神“玛尔斯”.在希腊神话中,火星同样被看做是战神“阿瑞斯”.
火星表面的土壤中含有大量氧化铁,由于长期受紫外线的照射,铁就生成了一层红色和黄色的氧化物.夸张一点说,火星就像一个生满了锈的世界.由于火星距离太阳比较远,所接收到的太阳辐射能只有地球的43％,因而地面平均温度大约比地球低30多摄氏度,昼夜温差可达上百摄氏度.在火星赤道附近,最高温度可达20℃左右.火星上也存在大气.其主要成份是二氧化碳,约占95％,还有极少量的一氧化碳和水汽.
火星比地球小,赤道半径为3395公里,是地球的一半, 体积不到地球的1/6,质量仅是地球的1/10. 火星的内部和地球一样,也有核、幔、壳的结构.
火星的自转和地球十分相似,自转一周的时间为24小时37分22.6秒.火星上的一昼夜比地球上的一昼夜稍长一点.火星公转一周约为687天,火星的一年约等于地球的两年.
火星有两个卫星.靠近火星的一个叫火卫一,较远的一个叫火卫二.由于火星在希腊神话中被看做是战神阿瑞斯,所以天文学家以阿瑞斯的两个儿子——福波斯和德瑞斯命名它的两颗卫星.
火星基本参数：
轨道半长径： 22794万 千米 (1.52 天文单位)
公转周期： 686.98 日
平均轨道速度： 24.13 千米/每秒
轨道偏心率： 0.093
轨道倾角： 1.8 度
行星赤道半径： 3398 千米
质量(地球质量＝1)： 0.1074
密度： 3.94 克/立方厘米
自转周期： 1.026 日
卫星数： 2
公转轨道: 离太阳227,940,000 千米 (1.52 天文单位)
火星的极冠
在天文望远镜中,天文学家还发现火星的两极呈白色,气温都在冰点以下.这些冰域称为极冠.过去科学家认为,极冠是由水结成的冰组成的,近来科学家确认,极冠不是由冰,而是由二氧化碳凝固成的干冰组成的.它的范围随季节有亮区和暗区的变化.火星极区一到冬季,由于气温下降,大气中的二氧化碳开始凝结,使得极冠加大,颜色逐渐变淡,北极可扩大到北纬65°,南极可扩大至南纬57°.一到夏季冰雪融化,极冠的范围也就缩小了,暗区就逐渐扩大和变暗.两极的极冠分别延伸到北纬80°和南纬84°.
火星的亮暗区域引起了天文学家们的争论,争论的焦点便是火星上究竟有没有“火星人”和“运河”是否存在.
火星大冲
火星位于地球轨道之外,它绕日运动的轨道比地球绕日运动的轨道大,因此,火星绕太阳运行一周等于地球的2年.这样每隔2年多地球和火星就要接近一次.如果地球刚好在太阳和火星的中间,也就是火星与太阳的黄经度相差180°时就叫“冲”.火星冲日每隔2年多发生一次.如果火星在过近日点附近时恰好为冲的时候,它将最接近地球,这时称之为“大冲”.火星大冲平均每隔15年或17年才发生一次,而且总是在7月和9月之间.
火星冲日是观测火星的有利时机.这时的天文观测有许多新发现,最著名的发现当推火星的两个卫星.1877年8月火星大冲,美国天文学家霍耳使用当时口径最大的66厘米折射望远镜,观测到火星的两个“小月亮”.上次火星大冲的时间为1986年7月10日.下次的时间为2003年8月27日,视直径为25.1〃,位于宝瓶座,愿朋友们能在火星大冲时欣赏到火星表面那迷人的色彩变化.
火星运河
早在1877年,意大利天文学家夏帕雷利用天文望远镜观测火星时,发现火星上密布着黑色线条,定名为火星上的河渠.然后又根据长期观测结果,绘制成火星图.谁能料到翻译者的一时疏忽,将意大利语“河渠”误译成英语的“运河”,以致“火星运河”一直被沿用至今.
火星上那些“有规则”的“运河网”,实际上并不存在.近年的火星考察发现,火星表面存在着大量长短参差不齐的干涸“河床”,这些奇特的“河床”纵横交错,达几千条之多,形成一个分布广泛的“河网”,其中最长的达1500公里,最宽的达60公里.
根据着陆火星表面的“海盗”号探测器发回的探测资料表明,这些宽阔的“河床”内,只有乱石和沙洲,连一滴水也未曾找到.但河床的结构不能排除它们是火星上古江河留下的痕迹,水分早已被蒸发或者流入乱石和沙洲之下的可能性.
“河渠”被误译成“运河”后,一词之差竟引起了一场科学史上近百年的大误会.开凿运河者必定是高级智慧动物、能开挖如此庞大的火星运河的
“火星人”,自然地成为地球人关注的焦点.一时间天文学家纷纷把天文望远镜对准火星,渴望观测到火星运河和开凿运河的“火星人”.美国天文学家洛威尔甚至变卖了自己的家产,在远离市区的沙漠高地上建立私人天文台,连续观测火星10多年,声称看到了500多条火星运河,并绘制出火星河网图.20世纪40年代,前苏联学者季霍夫还在大学中开设“天体植物学”课程.甚至在1958年,前苏联一位教授作出了惊人之语：火星的两颗卫星是
“火星人”在史前时期为保存他们的文明而发射的“太空博物馆”.
随着空间探测技术的发展,有关“火星运河”和“火星人”的争论自然结束了.在火星表面工作了6年之久的“海盗”号探测器,发回了大量的实地勘察资料,经过分析研究,基本上否定了火星生命的可能性.
两个卫士
环绕火星运转的有两颗卫星,即火卫一和火卫二.这两颗卫星于1877年火星大冲时,由美国天文学家A·霍尔发现.火卫被发现后,一直受到天文学家们的关注.
“水手9号”就近观测了火星的这两个小月亮,拍摄了它们的特写镜头.原来它们是两块表面坑坑洼洼的大石头,很像两个病马铃薯,属于不规则卫星.它们几乎都在火星的赤道平面上运行.两者的轨道半长径分别为 9380和23500公里,相当于火星半径的2.8和6.9倍,说明它们的轨道接近火星.这两颗卫星环绕火星的公转周期与它们的自转周期同步.与月球始终以一面朝向地球的情况一样.火卫一的大小是：长28公里,宽23公里,高20公里；火卫二是：长16公里,宽12公里,高10公里.由于火卫一环绕火星的公转周期比火星的自转周期短,因此造成一种奇特的现象：从火星表面看来,火卫一每天西升、东落两次.“海盗号”探测器发现两个火卫上均有许多被撞击的陨石坑,甚至在一些老的陨石坑上还叠加有新的陨石坑.最大的陨石坑是火卫一上的斯蒂尼陨石坑,其直径约8公里.
关于火星卫星的起源,有两种学说,一种是俘获说；另一种是吸积说.
这两颗火星卫星是地——月系之外最容易被人登陆的地方.不久的将来,人类的足迹将踏上两颗火星卫星的表面.
火星大尘暴
用天文望远镜观测火星时,有时能看到像黄色云那样的东西,云的形状和大小是变化的,而且往往是由大气低层向高层,由局部向更广阔的区域发展开去,甚至发展到半个乃至整个火星表面,使火星变得昏暗和面目模糊,朦胧一片,什么也看不清楚.这就是所谓的火星大尘暴.
地球上某些地区有时也发生尘暴,飞沙走石,遮天蔽日,只是地球上最大的尘暴也远比不上火星的尘暴.据估计,一次火星大尘暴扬起的尘埃总量可以大到100亿吨以上.
火星大尘暴的时间之长,也远非地球上的尘暴所能相比.1971年8月,是10多年来观测火星的一次最好机会,那年5月底,以探测火星为主要任务的“水手9号”探测器发射成功,开始奔向探测目标.当时,远在好几千万公里之外的火星的气象条件是相当不错的.7月份,探测器才上路一个多月,只走了约1／3的路程,地面观测发现火星面上出现了黄云,表明那里开始刮起了大风,是即将出现大尘暴的迹象,表面变得一天比一天更加昏暗和模糊.11月,“水手 号”到达火星附近时,大尘暴已经发展成为全球性的,从9火星表面直到七八十公里的高空,统统被尘埃笼罩着.火星表面风尘滚滚,什么也看不清楚,更不要说观测细节了.
那时,火星上的风速特别大,大致为每秒180米以上.在地球上,一般把风力极大的台风定为12级,它的风速在每秒35米左右,即使是18级特大台风,风速也只有每秒60多米,与火星上的风速相比,真是天壤之别.
“水手9号”探测器只得在环绕火星飞行的同时,耐心地等待着,一直等了两三个月,这场大尘暴才慢慢平息下来,火星大气重新恢复宁静,表面也变得清晰可见.1971年的这场尘暴是迄今所观测到的最大尘暴,也是在其他行星上从未见过的.
火星大气非常稀薄,密度还不到地球大气的 1％.在这种情况下想要形成一定的风力,而使尘粒移动和上升,风速至少也得有每秒四五十米.
谁能做到这一点呢?
一些人认为是这样的：由于火星上空气稀薄,又很干燥,昼夜的温度差本来就不小.火星绕太阳的公转周期是687天,每隔这么一段时间,火星运行到轨道近日点时,太阳对它的加热作用达到最大,比在远日点时大一半左右.其结果是空气得到更多的热量,温差变化更大,空气更不稳定,热空气上升导致扬起尘埃的开始.而一旦升在空中,它们就会吸收更多的热量,变得更热,更急剧上升.别处的空气也就以更快的速度跑来补充,形成强劲的地面风.地面风把更多的和更大的尘粒吹起来,形成更大的尘暴.尘暴就这样由小变大,向四面八方蔓延开去,形成罕见的大尘暴.
当尘暴把整个火星都笼罩起来后,由于尘粒的阻挡,太阳对低层大气和火星表面的加热作用显著减小,表面附近的温差减小,风必然减弱,尘暴也就开始衰退.风逐渐减小乃至完全平息下来,飘浮在空中的各种不同大小的尘粒,也就逐渐沉降到表面上来.由于大量尘粒的迁移,局部地形会有所改变,但一次尘暴就这样的烟消云散地过去了.
在火星极冠边缘和亚热带高地等处,风比较强的一些地方,区域性的尘暴时有发生.在每个火星年当中,这样的区域性尘暴有可能达到百次左右,一般都要好几个星期才平息.这真可以看作是火星上的一大特征和奇观.
从区域性尘暴发展成为全球性大尘暴,每个火星年中有一二次.使人感兴趣和纳闷的是,尘暴的发源地多数都是在火星的南半球,而特大尘暴的发源地似乎更是局限在几个特定的地区,像海腊斯盆地以西几百公里的诺阿奇斯地区.有人解释为火星北半球地势比较高,南半球就自然成为一个高度逐渐降低的斜面,由于南、北两半球之间存在的温度差,每当北半球高纬度地区形成了一股强风,它就会沿着斜面向南半球劲吹,尘埃就随着强风滚滚而来,风越刮越大,尘埃也越来越多,终于在南半球形成可以席卷全球的大尘暴奇观.
上述解释大体上讲了大尘暴是什么样的,但没有完全讲清楚为什么是这样的,因此不是令人十分满意的.
按说,火星大气的密度那么稀薄,对扬起尘暴、特别是大尘暴,是个不利因素,每秒数十米到上百米的大风怎么会那么容易刮起来呢?不仅风速之大,而且时间之长,都达到了我们几乎无法理解的程度.这究竟是怎么回事呢?
再说,那些与特大尘暴有关的特定区域,究竟是些什么样的地区呢?是由于地形特殊,还是由于其他什么原因,而成为多数尘暴的发源地呢?真正的、具体的原因是什么?
另外,如果说火星运行到轨道近日点时会发生大尘暴,那么,并非每个火星年的同一时候,都发生全球性的大尘暴,而所发生的大尘暴,其发展速度和规模等也不尽相同.可见,尘暴发源地所提供的条件一定是受到了某些因素的影响,这是些什么因素呢?
这些,都需要根据已经掌握的资料,作进一步的分析和论证,科学家期望着今后发射的新的火星探测器和着陆器,能够提供更加能说明问题的数据和证据.人类登上火星,进而在那里建立基地,并不是可望而不可及的事情了.21世纪的某个时候,人类的足迹真的踏上了火星,大尘暴的种种谜团最终会得到揭穿,我们期待着这一天的早日到来.
火星任务
1976年,美国的海盗1号和海盗2号登陆器分别在火星上降落,并在降落的过程中,测量了大气温度的分布情况、火星大气压的情况.火星上有干涸的河床,有流水冲击的特征,这表明在过去有过大量的水.海盗号飞船的分析结果表明火星大气和表层物质中没有有机分子存在.摄像机监视结果也表明火星上没有生命活动的迹象.因此我们也许可以下结论说,火星表面现在可能没有生命,如果更严格的说,是没有与地球上类似的生命.人们不仅对火星感兴趣,也对火星的两个卫星感兴趣.在1988年,7月7日和7月12日,前苏联发射了火卫飞船1号和2号绕火卫一飞行并着陆.
到最近几年,随着科技的飞速发展,人们可望在下世纪初直接登上火星进行实地考察,彻底弄清火星生命问题.因为它是太阳系中最有可能存在生命的星球.在人类踏上火星之前,将进行一系列的准备.
1993年美国“火星观察者”探测器在进入环绕火星的轨道之后,与地球失去联系,导致计划失败.1996年12月,美国又发射了“火星探路者”探测器,经过7个月的星际飞行,在火星的阿瑞斯平原着陆.火星探路者携带了一个六轮小车,可以在火星的表面漫游,因而叫做火星漫游者,价值2500万美元.它分析了火星岩石和土壤.照片证实了海盗号的结论,火星上曾发生过大洪水.
1996年11月美国发射了“火星全球勘测者”,在绕火星的轨道上研究火星表面、大气和磁场的情况.它还向地球发射无线电波,经过火星大气后到达地球,由此了解火星大气的温度、引力和化学组成. 1999年1月3日,“火星极地着陆者”发射成功.然而,在飞行了11个月并登陆到火星上以后,就与地面失去了联系,宣告了这次航天活动的失败.此后发射的火星气候观测器也遭失败.2001年,美国又发射了“火星奥德赛”探测器,现已成功抵达火星并成功进入环火星轨道.
欧洲空间局计划于2003年发射“火星快车”探测器考察火星,这标志着欧洲空间局在行星探测方面跨入了新纪元.它将由轨道器和着陆器组成.轨道器上有一个着陆器通信包用于支持国际上在2003年至2007年间开展的火星探测活动.