火星之谜

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　　火星(希腊语: 阿瑞斯)被称为战神。这或许是由于它鲜红的颜色而得来的；火星有时被称为“红色行生”。（趣记：在希腊人之前，古罗马人曾把火星人微言轻农耕之神来供奉。而好侵略扩张的希腊人却把火星作为战争的象征）而月份三份的名字也是得自于火星。
　　火星在史前时代就已经为人类所知。由于它被认为是太阳系中人类最好的住所（除地球外），它受到科幻小说家们的喜爱。但可惜的是那条着名的被Lowell“看见”的“运河”以及其他一些什么的，都只是如Barsoomian公主们一样是虚构的。
　　第一次对火星的探测是由水手4号飞行器在1965年进行的。人们接连又作了几次尝试，包括1976年的两艘海盗号飞行器（左图）。此后，经过长达20年的间隙，在1997年的七月四日，火星探路者号终于成功地登上火星（右图）。
　　火星的轨道是显着的椭圆形。因此，在接受太阳照射的地方，近日点和远日点之间的温差将近30摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为218K（-55℃，-67华氏度），但却具有从冬天的140K（-133℃，-207华氏度）到夏日白天的将近300K（27℃，80华氏度）的跨度。尽管火星比地球小得多，但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。
　　除地球，火星是具有最多各种有趣地形的固态表面行星。其中不乏一些壮观的地形：
　　－ 奥林匹斯山脉： 它在地表上的高度有24千米（78000英尺），是太阳系中最大的山脉。它的基座直径超过500千米，并由一座高达6千米（20000英尺）的悬崖环绕着（右图）；
　　－ Tharsis: 火星表面的一个巨大凸起，有大约4000千米宽，10千米高；
　　－ Valles Marineris: 深2至7千米，长为4000千米的峡谷群（标题下图）；
　　－ Hellas Planitia: 处于南半球，6000多米深，直径为2000千米的冲击环形山。
　　火星的表面有很多年代已久的环形山。但是也有不少形成不久的山谷、山脊、小山及平原。
　　在火星的南半球，有着与月球上相似的曲型的环状高地（左图）。相反的，它的北半球大多由新近形成的低平的平原组成。这些平原的形成过程十分复杂。南北边界上出现几千米的巨大高度变化。形成南北地势巨大差异以及边界地区高度剧变的原因还不得而知（有人推测这是由于火星外层物增加的一瞬间产生的巨大作用力所形成的）。最近，一些科学家开始怀疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方。这个疑点将由“火星全球勘测员”来解决。
　　火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和有关的大量数据来推断的。一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成；外包一层熔岩，它比地球的地幔更稠些；最外层是一层薄薄的外壳。相对于其他固态行星而言，火星的密度较低，这表明，火星核中的铁（镁和硫化铁）可能含带较多的硫。
　　如同水星和月球，火星也缺乏活跃的板块运动；没有迹象表明火星发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动。由于没有横向的移动，在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态。再加之地面的轻微引力，造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是，人们却未发现火山最近有过活动的迹象。虽然，火星可能曾发生过很多火山运动，可它看来从未有过任何板块运动。
　　火星上曾有过洪水，地面上也有一些小河道（右图），十分清楚地证明了许多地方曾受到侵蚀。在过去，火星表面存在过干净的水，甚至可能有过大湖和海洋。但是这些东西看来只存在很短的时间，而且据估计距今也有大约四十亿年了。（Valles Marneris不是由流水通过而形成的。它是由于外壳的伸展和撞击，伴随着Tharsis凸起而生成的）。
　　在火星的早期，它与地球十分相似。像地球一样，火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动，火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中，从而无法产生意义重大的温室效应。因此，即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置，火星表面的温度仍比地球上的冷得多。
　　火星的那层薄薄的大气主要是由余留下的二氧化碳（95.3％）加上氮气（2.7％）、氩气（1.6％）和微量的氧气（0.15％）和水汽（0.03％）组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴（比地球上的1％还小），但它随着高度的变化而变化，在盆地的最深处可高达9毫巴，而在Olympus Mons的顶端却只有1毫巴。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应，但那些仅能提高其表面5K的温度，比我们所知道的金星和地球的少得多。
　　火星的两极永久地被固态二氧化碳（干冰）覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的，它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天，二氧化碳完全升华，留下剩余的冰水层。由于南部的二氧化碳从没有完全消失过，所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层（左图）。这种现象的原因还不知道，但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25％左右（由海盗号测量出）。
　　但是最近通过哈勃望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况。火星的大气现在似乎比海盗号勘测出的更冷、更干了（详细情况请看来自STScI站点）。
　　海盗号尝试过作实验去决定火星上是否有生命，结果是否定的。但乐观派们指出，只有两个小样本是合格的，并且又并非来自最好的地方。以后的火星探索者们将继续更多的实验。
　　一块小陨石（SNC陨石）被认为是来自于火星的。
　　1996年8月6日，戴维·朱开(David McKay) 等人宣称，在火星的陨石中首次发现有有机物的构成。那作者甚至说这种构成加上一些其他从陨石中得到的矿物，可以成为火星古微生物的证明。（左图？）
　　如此惊人的结论，但它却没有使有外星人存在这一结论成立。自以戴维·朱开发表意见后，一些反对者的研究也被发布。但任何结论都应当“言之有理，言之有据”。在没有十分肯定宣布结论之前仍有许多事要做。
　　在火星的热带地区有很大一片引力微弱的地方。这是由火星全球勘测员在它进入火星轨道时所获得的意外发现。它们可能是早期外壳消失时所遣留下的。这或许对研究火星的内部结构、过去的气压情况，甚至是古生命存在的可能都十分有用。
　　在夜空中，用肉眼很容易看见火星。由于它离地球十分近，所以显得很明亮。迈克·哈卫的行星寻找图表显示了火星以及其它行星在天空中的位置。越来越多的细节，越来越好的图表将被如星光灿烂这样的天文程序来发现和完成。
　　南北半球的地貌差异
　　自1976年“海盗号”探测器和20年后“全球勘探者”查明火星地形的全貌以来，我们知道火星南北半球表面的地貌有很大差异。北半球几乎是光滑的平地，环形山为数不多，而南半球由许多环形山覆盖。这个事实表明，南半球是比北半球更古老的地形。赤道一带有因大规模火山活动造成的塔尔西斯山区。火星南北半球地貌差异巨大，成因一直是未解之谜。美国科学家最近在《自然》杂志发表文章认为，小行星或彗星等外力猛烈撞击是造成火星南北差异的原因。他们认为，数十亿年前，小行星或彗星猛烈撞击年轻的火星，造成地表巨大差异。不过，也有一些科学家认为，最新研究成果虽然为撞击说提供了更多论据，但仍无法完全排除其他可能，如火星自身的地质运动。
　　巨大的沙尘暴之谜
　　人类通过“水手9号”和“海盗号”探测器观测到火星上巨大的沙尘暴，而且“全球勘探者”也于2001年观测到几乎覆盖火星的大规模沙尘暴。大规模沙尘暴大多是在南半球的冬春两季频繁发生。例如2001年6月发生的一场沙尘暴。一开始只是南半球赫拉斯盆地上空的一团尘云，接着它的体积稍微有所增大，但是到了6月27日那天，风暴开始肆虐，尘云也急速膨胀起来。到7月初，尘云已扩散到盆地之外，并蔓延到整个火星上空。沙尘暴直到9月底才结束，但是卷起在高层的沙尘还照样浮游在大气中，所以到11月火星看上去还
　　是朦胧不清。
　　火星的大气很稀薄，只有地球的十几分之一。从理论上来说，大气大循环模型所表现的大规模的风，按火星上那样的条件不能轻易地刮起来，所以欲从表面扬起沙尘是困难的。尽管如此，实际上大规模沙尘暴还是发生了。这是为什么呢?
　　迄今为止，没有人能对“火星上的沙尘暴是如何迅速席卷全球”这一疑问做出正确解释，但是人们趋向于这样一种理论：由于空气中的尘埃颗粒吸收了太阳光，使它们周围的空气迅速升温。大风卷起火星表面更多尘土，导致气温进一步升高，这一循环机制使得小面积的尘云最终演化成了火星全球性的大沙尘暴。
　　与此相比，地球上没有全球性的大沙尘暴。这是因为地球上不存在火星那样全球蔓延的大沙漠，而沙尘暴是靠自我给养的。其次，地球的气温主要受制于水蒸气中所蕴含的热能，空气中的尘粒对气温的影响不大。而在火星上，情况则完全不同，因为尘土吸收了太阳光，能导致干燥的空气骤然升温，进而形成强风，扬起更多的尘土。
　　水的存在之谜
　　众所周知，人们探测火星最感兴趣的是是否存在水，因为水关系到生命的存在。从火星各地发现的称之“河谷网”这样的河流痕迹的地形推测火星上曾经有过大量的水。近期，美国宇航局“风凰”号登陆器在火星极地冰帽以外的地方发现了水冰存在证据。对于了解火星地表是否适于居住，此次发现无疑是至关重要的第一步。
　　现在，科学家们确信火星上曾经有过大量的液态水。可是水是从哪里来的呢?最有可能的一种解释是来自富含硫酸的地下水。这是因为“勇气号”发回的岩石光谱图显示，岩石成分有多达40％是硫酸盐。地下水通过火山岩层渗透上来，有时会淹没火星表面，形成浅湖或浅海，然后，水蒸发了，地面留下一层薄薄的硫酸盐，这样的过程在火星上可能多次发生。于是就累积成了厚厚的含硫酸盐的岩层。
　　也有科学家认为北半球的低地曾经是海。赫拉斯盆地或阿尔蒂雷平原还积存着水。那么说大量存在的水流到哪里去了呢?现在，确认火星上存在水仅是在两极的冰和大气中的　　一点点水蒸气。水是蒸发了，它是发散到宇宙空间中去了呢?还是渗入了地下呢?或者至今还作为冻土状态存在呢?
　　不少科学家认为水是渗入地下，这与“奥德赛”探测器的观测结果刚好不谋而合。事实上，这次“奥德赛”的观测目的之一是寻找火星上水的存在。在这个观测中使用了伽马射线
　　分光仪。当“奥德赛”探测器在降低飞行轨道首次掠过火星时，伽马射线分光仪在南极以北区域的土壤中检测到放射的中子和伽马射线，由此知道地表和近地表层的氢浓度，这显示火星上存在水冰的迹象，并且知道永久冻土的量以及随季节的变化。
　　那么，我们从中子和伽马射线又是怎么知道氢原子存在的呢?众所周知，火星上没有稠密大气，当受到宇宙强射线撞击时，其地表就会释放很强的中子流。这些中子在穿越火星近地表层时，会与各种元素的原子核发生碰撞。当中子撞到水中的氢原子核时，会减速并释放部分热能的中子飞出，如果被氢等其他的原子吸收，则放射出伽马射线。所以，如果热中子的量少，伽马射线的量多时，则认为氢的浓度高。
　　从伽马射线分光仪发回的数据表明，在南半球南纬60度以南地区热中子的量少，而氢吸收中子时释放能量的伽马射线量上升。另外，北半球部分也有同样的地区。这些事实显示南纬60度以南地区有距地表1米左右的永久冻土，好像存在大量的冰。如果这个推断是
　　正确的话，将来在永久冻土中探寻生命痕迹的使命中，这些地区将成为勘探的对象。
　　磁场消失之谜
　　1996年“全球勘探者”为了进入火星的圆轨道，采用大气进行制动的方式，没想到太阳电池板的一侧没能充分打开，导致了空气制动的时间延长。由于比预定的距离更接近火星表面，所以得以进行精密的磁测量，结果“全球勘探者”在南半球的某些地方发现了磁干涉条纹。
　　现在的火星不存在磁场，但是知道过去的磁场局部被保存在岩石中，而且根据不同的
　　地方，磁性的方向发生逆转，产生干涉条纹。这样的磁干涉条纹在地球的海底也存在，并且作为板块构造理论的证据。
　　火星上残留磁性的存在，显示这个行星曾有过磁场。但是由于早期火星的核冷却，磁场消失了。因磁干涉条纹仅在南半球看到，北半球没有发现，所以科学家认为北半球的地形是在磁场消失后形成的或内部的热和水搅在一起造成的异常使磁性消失。综上所述，我们仅知道火星上存在过非常强的磁场，有什么东西制造了干涉条纹，以及在某个时期磁场消失了。至于为什么北半球没有磁干涉条纹，为什么在南半球仅是在某些地方有呢?这些问题人类还没有找到答案。