1.12 第十一章太阳系的成员（6）

第十一章太阳系的成员（6）

六、火星

火星，似火一般，发出火红的光芒，远远望去，宛若一团燃烧的火炬。古罗马神话中有位战神，名叫玛尔斯；传说它是天神与神后的孩子，强悍、英俊而又凶狠、残暴，到处挑起争斗，是专管战争的神。看到血红的火星颜色，人们不禁想起战争和流血，因此西方叫它玛尔斯。我国古人称它为荧惑。

火星是唯一能用望远镜看得很清楚的类地行星。除金星以外，火星离地球最近，火星同地球的最小距离能近到5600万公里。

通过望远镜，火星看起来象是个橙色的球。在南北两极是白皑皑的极冠。火星上有些随季节变化而明暗交替，时常改变形状的绿色或灰色区域。直到最近，天文学家们还在推测，这些颜色的变化，可能是火星上植物季节性生长变化的结果。但是现在人们认为，这些变化的起因，是由于火星上强烈的风所携带大量尘埃移动的结果。

我们对火星的了解，大部分得自于近人类发射的不载人的宇宙探测器；特别是1971年作了绕火星飞行的“水手9号”，以及把装有仪器的太空囊投放到火星上着陆去测定火星上是否隐藏着生命的“海盗1号”和“海盗2号”。

1.火星概况

火星比地球小得多，半径只有3435公里，约相当于地球半径的1／2，质量也只有地球的1／10。

火星的轨道是一个扁扁的椭圆，偏心率为0.09，轨道面几乎与黄道面重合。由于轨道较扁，火星到太阳的距离，远近相差很大，最远和最近相差4000万公里。

火星到地球的距离也在不断地变化，最远时火星离地球大约4亿公里，最近时只有5000万公里，那是发生在火星“大冲”的时候。火星大冲每隔15年到17年发生一次。上次大冲发生在1986年7月10日，下一次将要到21世纪了。大冲是观测火星的最好时机，所以每次大冲时，天文学家都积极组织观测。

除了公转以外，火星也有自转。火星的自转和地球差不多，它们的自转周期和自转轴的倾斜几乎相等。地球自转一周需要23小时56分零4秒，而火星自转一周为24小时37分，或者说，火星上的一天与地球上的一天只差约40分钟。火星的赤道面和黄道面交角是24度，因此，在火星上也有昼夜和四季的变化，只是由于火星绕日运行的轨道比地球大得多，走得也比地球慢(每秒24公里)，绕太阳公转一周需要687天。因此，火星上的一年约等于地球上的两年，每个季节的长度都是地球上的两倍。当然，火星离太阳的距离(平均约2．3亿公里)比地球距离太阳远了将近一半，因此，它从太阳得到的热量比地球得到的要少得多，所以比较冷。赤道附近白天也只有10℃左右，晚上则下降到零下50℃以下。其余的地方温度就更低了。

观测表明，火星上也有大气，但是气压很低，它略小于地球大气压的1％。火星大气主要是由二氧化碳及少量的氧气组成，地球上生物赖以生存的氧，只占大气总成份的1‰。由于火星大气很稀薄，火星不能很有效地保持热量。

火星也有两个天然卫星。当然，除了在极地覆盖着一层厚度不大的干冰(冰冻的二氧化碳)外，火星上没有液态水。

2.火星表面

遥望火星是一个橙红色的光点。通过望远镜细看，在红色的火星极区，覆盖着白色极冠。火星表面地形复杂，极冠、“大陆”、“海洋”、环形山、火山、峡谷和沙漠样样都有。

极冠是罩在火星两极的白色覆盖物。它的成份是干冰(冻结的二氧化碳)和水冰。据估计，火星大气中大约五分之一的二氧化碳形成干冰，覆盖在两个极冠上，绝大部分水冰覆盖在两极。从望远镜里看，在火星北半球上春天来临以后，极冠逐渐缩小，极冠外围暗黑的区域变得更暗，渐渐向赤道移动；火星上秋天以后，极冠慢慢变大，极冠外围暗黑的区域逐渐变浅。

由于火星到太阳的距离比地球远，接受的阳光比地球少，因此火星表面的温度比地面上平均温度低30多摄氏度。加上大气稀薄，水分很少，没有东西调节气温，火星上昼夜温差常在100度以上。在赤道地区太阳光直射的地方，白天最高温度在20摄氏度以上，夜晚最低温度降到零下80摄氏度以下。

火星环形山成因大致有两种；一种是小行星和流星等小天体撞击而成的，另一种是火山爆发形成的。最大的小行星撞击而成的环形山是海腊斯盆地，直径1600公里，深度在4公里以上。整个火星上有几万个环形山。

火星表面大部分地区，都密布着类似于我们在水星和月亮上所见到的那种坑穴。然而同水星及月亮上的坑穴不同，火星上的坑穴边缘已经受到火星上强风的作用而风化。位于赤道地区的大峡谷是火星表面上最引人注目的特征：其中最大的叫水手谷，位于赤道以南，峡谷宽7O公里，深约6公里。。实际上，水手谷不是一个峡谷，而是一系列峡谷。它在赤道地区绵延5000多公里，比从美国的东海岸到西海岸的距离还长。火星表面上其它的一些形态，也具有同样巨大的规模。火星上有一些巨大的火山；最大的一座是奥林帕斯火山，其底部面积几乎能覆盖得克萨斯州那样大的面积；它高达24公里，几乎是珠穆朗玛峰高度的三倍。

象水星和月亮那样，火星也是两面不同的，其中一个半球上，分布着一些古老的火山和为数众多的坑穴;而另外那个半球上大部分地区是由低平的平原组成，上面点缀着少数的坑穴和年青的火山。据认为，这种差别的造成，是由于遥远的过去，冲积物在低地沉积的结果。塑造火星景观的另一个因素是火星上的狂风；这种狂风起源于北极。在风的前面，往往掀起一堵50公里高的尘埃墙，它以每小时500公里的速度席卷火星表面。尘埃削低了火山，摧残了坑穴的侧壁和一些高起的地形，造成了形似羽毛、金字塔和沙丘一类的异常的形态。

一个尚未解决，但又十分迷人的问题是：火星是否象地球一样是个地质上很活跃的行星。已经探测出，火星上有大量的断裂线——火星表面的一个区域相对于其相邻的区域发生移动。在火星表面也存在过去发生的“地震”(更确切地讲是火星震)和熔岩流的迹象。可是，火星上为数众多的火山，现在看来没有一个是活动的，也没有证据说明火星上具有象我们地球上那种漂移的地壳板块。较年青的火山，如奥林帕斯火山的巨大体积可以被认为是缺少板块运动所致，因为板块运动会在新形成的表面形态达到如此巨大的比例之前便将它们移运到别处。人们还可以把火星上缺乏压缩地形这一事实看作是另一个证据；地球上的山脉和挤压地形标记，在火星上是见不到的。

3.火星运河

1659年，惠更斯发现火星上有模糊的轮廓，并和卡西尼创立了火星表面学。自那以后，人们对火星进行了大量的观测和研究。1840年，比尔和马德勒尔绘制了一张火星图。1860年，法国里艾认为，火星上的模糊轮廓是一些植物地带。1876年，法国天文学家弗拉马利象在他的《天上的地球》一书中，绘制出一幅很好的火星插图。从此，火星表面状态研究工作便一直延续下来了。

1877年的火星冲日，意大利米兰天文台台长斯基帕雷利用一架9．5英寸(1英寸=25．4毫米)的望远镜对火星作仔细的观测，通过观测绘制了一幅与前人不同的火星图。在这幅图上，斯基帕雷利别具特色地绘了许多条细而窄的直线，用它们把火星明亮的区域连接了起来，并称这些细线为“运河”。观测情况被写成论文送到了伽利略学院，同时，斯基帕雷利宣布这一激动人心的新闻：他在火星上观测到了运河。这一爆炸性的消息一发出，关于“火星人”的议论沸腾了。有关“火星人”的传说和猜想不胫而走，以“火星人”为主题的文艺作品也相继问世了。许多人甚至描绘出“火星人”的形态和特征。

从此，人们就称这些为“运河”了。后来，在另一次火星冲日的时候，斯基帕雷利又宣布，“发现”了更多的“运河”，并在火星图上把这些“运河”绘得很直，就像人工开凿的一样。1881年，又“发现”有些“运河”还有分叉，有些地方的“运河”还呈现2条平行线。1882年，期基帕雷利再次宣布“发现”了“运河”。

对斯基帕雷利的“发现”，当时有的赞成，有的反对。赞成的人进一步指出，火星上这些特殊结构，是火星上的人为了农业的灌溉而修建的水利工程。

后来，美国天文学家洛威尔，用放大倍率更高的天文望远镜，又发现了许多新“运河”，在“运河”的会合处还发现有圆形的黑斑。根据观测，他精心地绘制了很多火星“运河”的图像。洛威尔认为，火星上“运河”是为了把极地的水引到干燥的赤道地区而开凿的，因此他深信火星上一定有高等动物存在。

火星上到底有没有“运河”?观测资料是最好的见证。在大型望透镜视场里，火星“运河”不见了，代替它的是一个个的暗黑地带。这就是说，在望远镜分辨率不高的情况下看到的“运河”，实际上是一个个被称为“海洋”的暗黑地带，人们的眼睛错误地把它们“联成”一条条“运河”了。

人造卫星上天以后，它们也曾访问过火星。1964年1月，美国深空探测器“水手4号”经过7个月的长途飞行，到达离火星10000公里的空间，拍摄了1％的火星表面照片。照片上清楚地看到了火星表面的环形山，就是没看到“运河”。1971年，美国的“水手9号”又拍摄了7000多张火星照片，发现火星上有100多公里的火山口、长达3000公里的峡谷以及很长的河床，也没发现“运河”。1976年秋天，美国2艘飞船登上了火星，它们是“海盗1号”和“海盗2号”，仍然没有发现“运河”。

看来，火星“运河”是不会有的了。

4.火星尘暴

在地球沙漠地区的风沙是惊人的。每次沙尘暴，到处尘土飞扬，遮天盖地，天日昏昏，大地潆濛，天地间混沌一片。

但地面上的风沙再大，也比不上火星上的尘暴。火星上的尘暴像一条巨大的黄色云龙飞舞在火星上空。

火星上尘暴是火星大气中特有现象。局部尘暴在火星上经常出现，大尘暴席卷整个火星表面。巨大的尘暴能持续几个星期，甚至几个月。

大尘暴多半发生在南半球的春末，即出现在火星位于轨道上近日点附近的时候。尘暴发源地一般在阳光直射的纬度上，常常发生在海腊斯盆地以西几百公里的地方。开始的时候，中心尘粒云慢慢扩展，然后迅速蔓延，在几个星期内覆盖整个火星的南半球。特大的尘暴还扩张到北半球，甚至整个火星。

火星的大气很稀薄，火星表面的尘粒是不能轻易吹起来的，要把火星表面的尘粒吹起来，风的速度每秒必须大于50公里。这样的大风是由特殊的地形造成的。由于地形特殊，太阳光对大气加热的时候，有些地区温度上升得快，有些地区温度上升得慢，出现了局部温度不平衡，因而形成了风。当风速超过每秒50公里的时候，便将尘粒卷向空中。在空中的尘粒再进一步吸收太阳能而变得更热。这一部分充满尘粒的空气，由于比周围热又继续上升。在热空气夹着尘粒上升的时候，别的地方的冷空气便赶来补充，这样，热空气上升，冷空气赶来补充，你来我往，形成更强大的风，卷起更大的尘暴。

火星表面的重力加速度只有地球的三分之一，因而尘粒一旦被吹到空中，就不会轻易地落下来。即使火星表面风速减小了，尘粒也高高卷向空中。随着尘暴范围扩大，火星上温差在减小，因而风速也减小，最后风息了，尘粒从空中落下来，一场尘暴也就平息了。

5.火星的卫星

火星有两颗卫星；分别叫做伏波斯(Phobos，意思是“恐惧”，即火卫一)和迪摩斯(Deimos，意思是“惊慌”，即火卫二)。它们是希腊神话中战神玛尔斯儿子的名字。福波斯的中文名叫火卫一，德莫斯叫火卫二。它们是1877年美国天文学家霍尔发现的。

火卫一和火卫二都在火星赤道面附近运行，轨道形状近似圆形，运行周期分别为7小时39分和30小时18分，到火星的平均距离分别是9400公里和23500公里，比月亮到地球的距离近得多。

这两颗卫星的形状都很不规则，而且被流星撞击得遍体鳞伤。其中较大的火卫一，直径约为22公里，在距火星大约只有9000公里的轨道上运转。根据开普勒第二定律，由于其半径不大，因而它的公转周期也很小。事实上，火卫一绕其主星运转的速度；比它绕轴自转的速度快，这在太阳系中是独一无二的。在火星世界里有一件奇观，那就是火星上的一昼夜，火卫一上超过2年。因为火星自转周期是24小时37分，而火卫一的公转周期是7小时39分，所以，对位于火星上的观察者来看，在火星的一昼夜内，火卫一从西边升起，再从东边落下，在每一个火星日中要重复三次。

有几位天文学家在观测火星卫星运动时，发现火卫一的公转周期在缩短，一昼夜缩短量达百万分之一秒。1960年，什克洛夫斯基断言，火卫一公转周期缩短的原因是火星大气的阻力。假如火星大气对火卫一的阻力能够达到火卫一公转周期缩短量所要求的那样，那么，火卫一的质量将很小，密度不超过水密度的1‰。这样奇特的情况只有在火卫一表面是固体、内部是空的才有可能。

关于火卫一公转周期缩短的原因还有另外的假说，其中之一是潮汐阻尼说。有些科学家认为，假如火星外壳没有地球那样坚硬，那么火卫一在火星外壳上所引起的潮汐就会阻碍火卫一的运动，产生观测到的结果。另一种是太阳光压阻尼说。拉德齐耶夫斯基等人认为，如果火星卫星的形状与标准的圆形不一样，那么，太阳光压也足以引起火卫一速度改变，产生观测到的结果。

看来，关于“人造卫星”的争论还得由人造卫星来作结论。到现在为止，已有好几颗人造卫星在火星附近拍摄了火星卫士的照片。照片上清清楚楚地指出，火卫一和火卫二的形状很不规则，它们不比土豆好看。火卫一的尺寸约为：长13．5公里，宽10．8公里，高9．4公里；火卫二是长7.5公里，宽6.1公里，高5.5公里。这些不规则的大石块上充满着环形山，极目远望，满目疮痍，坑坑洼洼的，其中最大的陨击坑是火卫一的斯蒂尼陨击坑，直径8公里。“海盗1号”宇宙飞船还发现，火卫一上有沟纹和小的环形山链。1988年7月7日和12日，前苏联专门发射了“火卫1号”和“火卫2号”两艘飞船去考察火卫一，它们于1989年1月底飞到火卫一附近，但没有获得什么结果。

6.火星的生命之谜

火星上有没有生命?有没有动植物?这是人们广泛感兴趣的问题。

火星上许多自然条件和地球相似。地球自转一周是23小时56分，火星是24小时37分。它们有几乎相同的昼夜。地球自转轴和轨道面夹角是23度27分，火星的夹角是24度，它们有几乎相同的四季变化。地球南北极是冰封雪盖的世界，火星是白雪皑皑的极冠，它们都有水。地球上四季变换，山河改色，火星上四季交替，“海洋”改变颜色。

地球上有生气勃勃的生命运动，火星上为什么不能有?因此，1909年苏联天文学家季霍夫在对火星进行了大量观测之后，提出了火星上有生命存在的假说。

火星上如果有生命，这是一种什么样的生命，这个问题已经争论了80年。它使许多科学家和爱好者为之激动不已，尤其在火星“运河”发现之后，更是波涛迭起，激浪千重。现在，有关“运河”在几何学上的规则性的说法、洛威尔和别的一些人所坚持的火星“运河”人工开凿的观点，都早已为人们所摒弃，无人再坚持了。火星卫星是人造的观点，看来也立足不稳。它们都不能作为火星上有生命存在的依据。

至于绿色植物之谜，现在也见分晓了。在季霍夫提出火星上存在生命的假说以后不久，天体生物学家们就论证火星表面存在植物的可能性了。接着，各国天文学家相继对火星上“海洋”颜色变化进行了连续细致的观测。苏联的巴拉巴绍夫发现，一些地区的颜色可以呈浅绿色、浅蓝色、褐色或灰色，但只有在火星上夏季才能观测到绿色和浅蓝色，这表明，火星上“海洋”颜色变化同季节有关系。另一方面，俄国物理学家乌莫夫曾经指出，如果火星上有植物，在植物所反射的太阳光谱中，应当出现叶绿素吸收带。1956年，美国辛通宣称，他在火星“海洋”中发现了类似于从有机物质体上观测到的3条吸收带，这个消息曾使那些坚持火星上有生命存在的人活跃起来。但是，事隔不久，这些植物存在的“证据”一个个又被否定了。

现在，对形成火星上“海洋”颜色随季节变化的原因正在探索之中。在已经提出的解释当中，除上面介绍的是绿色植物随季节而变的假说以外，还有人认为是由封存在火星土壤里的盐类因土壤温度升高而引起颜色变化，也有人认为是火星上火山活动的结果；再有认为是无氧而略带潮湿的火星大气中发生的化学反应以及风向变化等原因造成的。

什么是生命?现在我们只能按照地球上情况去理解。生命只可能建立在蛋白质和碳水化合物的基础上。生命能否建立在别的基础上，人们不知道。对生命如何在地球上产生的，还没有取得一致的看法。而关于几十亿年前火星上存在哪些条件，现在只有一些假定。因此关于火星上生命起源的问题，还无从说起。在现有的条件下，火星上是不可能产生生命的。至于过去是否有过，谁也说不清楚。

但是，现在还有人提出火星上可能有生命，甚至认为有生命征兆。他们说，尽管火星上自然条件很严酷，但生命有很大的适应性，尤其对低湿、低温和温度起伏有很大的适应性。低等有机体，如细菌、微生物和低等植物等生命力更强。

所以，关于火星上有没有生命的问题，最可靠的解答是对它直接探测。1964年11月发射的“水手4号”在火星附近拍摄了火星照片，1971年11月“水手9号”对火星表面进行了高分辨率的照相，1976年两艘“海盗号”飞船先后降落在火星表面上。与此同时，苏联也发射了“火星号”探测器考察火星及其空间。

“水手号”飞船拍摄的火星表面照片，为确定火星上有没有生命存在，提供了许多珍贵资料。照片表明，现在的火星是一片极其荒凉的世界，那里既没运河，也没有海洋，根本不存在流淌的水。大气特别稀薄，非常寒冷，不适合动植物生存，也没有任何动植物存在的迹象。

为寻找火星上的生命而发射的两艘“海盗号”飞船，1976年降落在火星表面上。它们对寻找另一个星球上的生命做出了最初的尝试。从通过电视传送到地球上的火星全景图中可以看到，那里有的是沙漠中的杂乱的石头，却不见生命的任何痕迹。这两艘飞船上有一套自动仪器对火星土壤进行分析，用来寻找火星上存在微生物的标记，其中主要是看是否进行光合作用、新陈代谢和碳酸气的吸收。虽然探测结果不十分确定，但目前没有发现微生物，也不存在有机物质的残余。截至目前，火星上依然没有找到生命的痕迹。

知识点：空间探测器

空间探测器（spaceprobe）：又称深空探测器或宇宙探测器。对月球和月球以远的天体和空间进行探测的无人航天器，空间探测的主要工具。空间探测器装载科学探测仪器，由运载火箭送入太空，飞近月球或行星进行近距离观测，做人造卫星进行长期观测，着陆进行实地考察，或采集样品进行研究分析。

空间探测器按探测的对象划分为月球探测器、行星和行星际探测器、小天体探测器等。

空间探测器离开地球时必须获得足够大的速度才能克服或摆脱地球引力，实现深空飞行。探测器沿着与地球轨道和目标行星轨道都相切的日心椭圆轨道（双切轨道）运行，就可能与目标行星相遇；增大速度以改变飞行轨道，可以缩短飞抵目标行星的时间。

为了保证探测器沿双切轨道飞到与目标行星轨道相切处时目标行星恰好也运行到该处，必须选择在地球和目标行星处于某一特定相对位置的时刻发射探测器。探测器可以在绕飞行星时，利用行星引力场加速，实现连续绕飞多个行星。

空间探测器的显著特点是，在空间进行长期飞行，地面不能进行实时遥控，所以必须具备自主导航能力；向太阳系外行星飞行，远离太阳，不能采用太阳能电池阵，而必须采用核能源系统；承受十分严酷的空间环境条件，需要采用特殊防护结构；在月球或行星表面着陆或行走，需要一些特殊形式的结构。

第十一章 太阳系的成员（6）

第十一章太阳系的成员（6）