今年4月24日，
中国首辆火星车名称揭晓，
“祝融号”脱颖而出。
（图源@央视新闻）
首次火星探测任务是
我国行星际探测的首趟征途，
计划一次实现对火星的
“环绕、着陆、巡视”，
在国际航天界亦属创举。
（图源@TED）
这个科学家们心心念念
想要探索的星球
究竟有着什么样的秘密？
在火星上，我们能看到什么？
火星（图源@BRIGHT SIDE）
01
在40多亿年前，
太阳系家族中的
各大行星都已基本形成。
8颗大行星成员可以分为两类，
其中距离太阳较近的
水星、金星、地球和火星
被称为类地行星。
太阳系（图源@WP/wikipedia.org）
火星公转周期是686.97个地球日,
自转周期是24小时37分22秒，
赤道面与
公转轨道面的夹角为25.19° ，
与地球目前的
黄赤交角23.4°相当接近.
（图源@ Todd K. Timberlake）
火星平均半径为3389.5千米，
是地球半径的0.532倍。
结构上也分化成一个
由密度较小的物质覆盖的
高密度金属核。
比较地球和火星（图源@NASA）
目前的内部模型表明
其核心半径约为1794 65公里。
地核被硅酸盐地幔所包围，
硅酸盐地幔形成了行星上的
许多构造和火山特征，
大都处于休眠状态。
火星（图源@ESA）
火星地壳的
平均厚度约为50公里，
最大厚度为125公里。
除了硅和氧，
火星地壳中最丰富的元素是
铁、镁、铝、钙和钾。
火星结构（图源@NASA）
几十亿年里，
太阳系一直在不断演化。
40亿年前，
木星、土星、天王星和
海王星相互影响，
开始了盛大的巨行星迁移。
太阳系（图源@WP/wikipedia.org）
而内太阳系上演的
则是另一幕大戏：
一直持续到38亿年前的
“晚期重度轰击”
(Late Heavy Bombardment，
LHB)。
（图源@NASA/JPL-Caltech）
内太阳系的类地行星们
从还是太阳星云里
极小的星子时代起，
就不断地在撞击中演化。
形成过程的最后一步正是所谓的
“大撞击”
(Giant Impact )阶段。
太阳星云（图源@William K. Hartmann）
大小与月球和
火星相当的行星胚胎们
相互碰撞融合，
最后的幸存者
占领绕日运行的轨道，
取得“行星”的资格。
（图源@Stocktrek/getty）
持续了近三亿年的
“晚期重度轰击”使内太阳系
充斥着撞击与爆炸，
火星的南北半球地貌可能正是
因此产生了巨大的差异。
（图源@Chris Butler/SPL）
总的来说，
类地行星们形成后的极早期,
经历的事件基本相同:
强烈的构造岩浆活动和
火山喷发,
还有持续的撞击作用，
是类地行星童年的
两大主旋律。
（图源@manifoldwisdom.com）
然后，行星表面的
岩浆作用与构造活动、
地外物质撞击行星表面的频度，
都随着时间的流逝而急剧减少。
它们的演化历程自此分道扬镳。
（图源@Mark A. Garlick）
02
经过漫长岁月，
地球最终演化成为生命的乐土，
但拥有相似年龄和结构的
“兄弟”火星，
却活成了完全不同的样子。
地球（图源@Seznam Zprávy）
火星在40亿年前
失去了它的磁层，
因此如今火星的大气层
相当稀薄。
导致其无法保留很多热，
使地表日夜温差很大。
火星稀薄大气（图源@NASA）
1997年美国“火星探路者”
对火星大气层
曾进行一整天的测定。
据记录其白天气温为-13.3℃，
夜晚气温为-76.1℃，
昼夜的温度变化达到90℃。
火星充满沙石的地表（图源@NASA/JPL/Cornell）
1976年的“海盗号”测得
火星夏季平均温度是-60℃，
冬季平均温度是-120℃，
即火星的一年四季
基本都是冰天冻地。
火星沙丘（图源@NASA/JPL/Cornell）
火星基本上是“沙漠行星”，
地表沙丘、砾石遍布，
目前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。
火星全球沙尘暴(前/后)(2018年7月)（图源@NASA/JPL）
火星地形可以用
两分法来大致概括：
北部平原被熔岩流夷为平地，
而南部高地则因
远古撞击而坑坑洼洼
（推测源自40亿年前的“大撞击” ）。
火星地形图（图源@NASA / JPL / USGS）
到目前为止，
火星上总共发现了40000多个
直径5公里或更大的陨石坑，
其中最大的是海拉斯撞击盆地
（ Hellas impact basin/
海拉斯平原Hellas Planitia）。
海拉斯撞击盆地（图源@NASA/JPL/USGS）
由于火星质量和体积较小，
物体与火星碰撞的概率
约为地球一半。
火星离小行星带更近，
因此被来自小行星带的物质
撞击几率更大，
如位于木星轨道内的彗星。
小行星带（图源@Mdf/wikipedia.org）
火星上分布着太阳系最高的山：
奥林匹斯山。
奥林匹斯山是位于
塔尔西斯高原地区
（中心位于火星西半球赤道附近）
的一座死火山。
（图源@ NASA）
奥林匹斯山大约是
珠穆朗玛峰的三倍高。
各种来源给出的高度数据
从21到27公里高不等。
（图源@ NASA）
火星最大的峡谷——
水手号峡谷
(Valles Marineris)，
也是太阳系最大最长的峡谷，
位于塔尔西斯高原东部，
其长度横跨了
火星周长的五分之一。
水手号峡谷（图源@NASA / JPL-Caltech / Arizona State University）
火星拥有两个极地冰帽。
在极地的冬天，
它处于持续黑暗中，
使其表面冷却，
并导致大气的25 - 30%
沉积成二氧化碳冰(干冰)。
火星上的水冰（图源@ESA/DLR/FU Berlin）
当两极再次暴露在阳光下时，
冰冻的二氧化碳升华。
这些季节性的活动输送了
大量的尘埃和水蒸气，
产生了类似地球的
霜冻和大卷云。
北极冰帽（图源@NASA/JPL/Malin Space Science Systems）
两极的冰帽主要由
水冰组成(70%)。
在北方冬天，冰冻的二氧化碳
会在北冰帽上形成一层
约一米厚的冰层，
而南冰帽则有一层
约八米厚永久性的干冰。
南极冰帽（图源@NASA/JPL/Malin Space Science Systems）
基于撞击坑密度的
撞击坑计数法，
科学家们对火星地表年龄
进行了判断，
将其地质年代分为四个阶段：
前诺亚纪、诺亚纪、
赫斯珀利亚纪和亚马逊纪。
03
火星从远古时代起
就进入了人类的视野。
且不约而同，它暗红的颜色
在东西方的传说中都代表着
战争、流血、杀戮和不祥。
几个时期的火星观测（图源@NASA）
古代中国人认为它红色荧荧，
亮度和位置又经常变化，
令人迷惑，因此称它为“荧惑” 。
“荧惑守心”即
火星在心宿附近逆行停留。
荧惑守心（图源@sina.cn）
从20世纪末开始，
从地球发射的探测器
已经使关于火星系统的知识
有了很大的增长。
但实际上火星探索的失败率很高，
特别是早期的尝试。
（图源@CGTN）
从1960年开始，
苏联向火星发射了一系列探测器。
但第一次成功飞越火星是在
1965年7月14日和15日，
由美国宇航局的水手4号完成。
水手4号（图源@NASA/JPL）
1971年11月14日，
水手9号进入火星轨道，
成为第一个
环绕另一颗行星运行的
太空探测器。
随着技术的改进，
探针返回的数据量显著增加。
水手9号（图源@NASA）
第一次接触火星表面的是
苏联的两个探测器：
1971年11月27日的
火星2号着陆器和
12月2日的火星3号着陆器。
火星3号（图源@NASA）
火星2号在着陆过程中失败，
而火星3号在首次火星软着陆后
大约20秒后失败。
火星6号在降落过程中失败了，
但在1974年传回了
一些损坏的大气数据。
火星2号和火星6号的位置（图源@Oaktree b）
1975年，美国宇航局发射的
海盗计划由两个轨道器组成，
每个都有一个着陆器，
在1976年成功软着陆。
海盗号着陆器传回了
火星第一张彩色全景照片。
海盗1号轨道飞行器拍摄的火星图像拼接图（图源@NASA / USGS）
1997年夏天，
美国宇航局的火星探路者号
(Mars Pathfinder)
携带机器人探测车“旅居者”
(Sojourner)在火星阿瑞斯谷
(Ares valley)着陆，
传回了许多图像。
旅居者（图源@NASA)
2004年1月，
美国宇航局的孪生火星探测车
“勇气号”(MER-A)和
“机遇号”(MER-B)
在火星表面着陆。
两者都达到并超过了
之前所有的科学目标。
勇气号（图源@NASA）
在其最重要的科学成果中，
有确凿的证据表明，
在过去的某个时间里，
两个火星着陆点都存在液态水。
机遇号（图源@NASA/JPL/Cornell University, Maas Digital LLC）
2020年7月23日12时41分，
中国长征五号遥四运载火箭将
“天问一号”探测器发射升空，
并成功将其送入预定轨道，
开启火星探测之旅，
迈出了中国
自主开展行星探测的第一步。
（图源@CGTN）
2021年4月24日，
国家航天局宣布
中国第一辆火星车
名称为“祝融号”。
（图源@CFP）
祝融号”火星车体重240公斤，
长3.3米，宽3.2米，高1.85米，
带有地形相机和多光谱相机、
次表层探测雷达、
磁场探测仪等6台科学载荷，
可以全方位了解火星，
并回传珍贵的数据和照片。
（图源@news.cctv.com）
5月中下旬，
我国首次火星探测任务
“天问一号”探测器的着陆器与
“祝融号”火星车将登陆火星，
实施火星表面的着陆巡视与探测。
（图源@Forbes）
“从古代神话而来，正向火星而去”
“火星，我们来啦！”
天问一号（图源@CGTN）
参考资料：
[1] 欧阳自远, 刘茜. 再造一个地球[M]. 北京理工大学出版社, 2009. [2] 欧阳自远, 肖福根. 火星探测的主要科学问题[J]. 航天器环境工程, 2011, 28(003):205-217. [3]建川. 神秘的火星[M]. 中国民族摄影艺术出版社, 2001. [4]星球探秘：火星 MARS [5]Williams, David (2018). "Mars Fact Sheet". NASA Goddard Space Flight Center. Archived from the originalon 17 March 2020. Retrieved 22 March 2020.; Mean [6] NASA Space Science Data Center, Mars 2 Lander. Retrieved 11 Feb. 2021. 中国国家航天局、NASA、央视新闻、人民日报、维基百科、搜狐、百度百科等
来源：桔灯勘探
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