火星的赤道半径是3332公里,只有地球半径的一半,它的体积只有地球的1／7,质量为地球的1／9;表面重力加速度为地球的2／5.在火星上,以每秒5公里的速度抛出的物体就能脱离火星.由于火星上物体的脱离速度小,火星难以束缚住许多大气分子,因而火星大气非常稀薄.火星大气的主要成分是二氧化碳,约占95％,其余是氮、氩、一氧化碳、氧、臭氧和氢;水汽的数量很少,平均约为大气总量的0.01％.表面大气压为7.5百帕,相当于地球30～40公里高处的大气压.
火星上受到的太阳辐射只有地球上受到的40％,因而火星的表面温度比地球要低30℃以上,昼夜温差超过100℃.在火星赤道附近,中午的温度也只升到20℃左右,晚上又下降到－50℃以下;在两极地区的夏季气温只有－70℃,冬季可下降到－139℃.望远镜发明以后,17世纪,荷兰学者惠更斯发现
火星的南北两极都有白色的极冠,其大小随着季节不同而变化.当北半球是冬天时,北极冠增大;此时南半球是夏天,南极冠减少.当北半球到了夏天,北极冠的面积也随之缩减,和地球上的冰雪在夏季融化的情况一样.
100年前,意大利天文学家乔.斯基亚巴雷利在观测了1877年火星大冲后宣称,他在望远镜中观测到火星表面有几百条"河流"样的黑暗条纹,并发表了手绘的火面图.在将意大利文的"河流"翻译成英文时,被译成了"运河".在以后的几十年内,观察火星表面的"运河"成了火星研究的重要课题.本世纪50年代,前苏联有位天文学家从颜色变化上认为火星表面一些地区的光谱从地球上高寒地带某些植物的分光特征相似,从而推论火星上有耐寒植物.这些都曾使科学幻想作家的思维插上了翅膀.在他们的笔下,栩栩如生的怪物——"火星人"跃然纸上.
为了探测火星的真面目,1962年以来,美国和前苏联先后发射了15个火星探测器,其中美国发射了8个,前苏联发射了7个,对火星进行了就近观察、就近探测和实验,取得了许多珍贵的科学成果.
1965年7月14日,美国的"水手4号"飞掠火星,第一次实现了人类就近一瞥红色近邻的夙愿."水手4号"在离火星9600公里处拍摄了22幅电视图片.它发回来的图片显示出火星表面分布有许多环形山、火山和沙漠.
1969年飞临火星的"水手6号"和"水手7号"不仅把地貌电视图片扩大到全球表面的10％,还用紫外分光仪器和红外分光仪器设备分析了火星的大气成分和表面结构.1971年发射的"水手9号"于11月进入环绕火星的轨道,成为火星的人造火星卫星,在环绕火星的轨道上观察火星及其卫星.1975年8月和9月,美国的"海盗1号"和"海盗2号"相继上天.它们的主要任务是探索火星上的生命之谜.
前苏联从1962年11月至1973年8月共发射了7个"火星号"探测器,并依次编号为"火星1号"、"火星2号"、……"火星5号"等."火星号"探测器的主要任务是探测火星及其周围空间以及行星际空间."火星2号"曾把刻有前苏联国徽图案的金属片投掷在火星表面:"火星3号"放出着陆舱,首次实现在火星表面软着陆:"火星2号"、"火星3号"和"火星5号"都先后进入环绕火星的轨道,成为火星的人造卫星.
探测器发回的探测结果表明,火星随季节变化的极冠既有水冰,又有干冰(固体二氧化碳).北极冠大部分由水冰构成,南极冠则是由冻结了的二氧化碳构成.据估计,极冠中大约保存有大气中20％的二氧化碳,而保存的水则比大气中的要多得多.极冠中的水冰,如果全部融化并均匀分布在火星表面,就会形成一个10米厚的水层.
火星大气中常有一种形状像黄云的尘暴.局部的尘暴经常出现,大的尘暴在地球上用望远镜可观测到;特别大的尘暴(如1971年的尘暴)能笼罩火星全球,并持续数月之久.尘暴是由火星低层大气中卷着尘粒的大风构成的.据估计,每次大尘暴覆盖在火星南半球的尘埃达108～1010吨之多.
火星表面的75％布满了沙漠,成分是硅酸盐、褐铁矿等铁氧化物,所以远远看去,火星是一个橙红和棕红的世界.火星的表面被划分成两个截然不同的半球,被一个大约倾斜于赤道30°的大圆所分开.大圆的南部半个球面崎岖不平,且布满环形山;最大的环形山直径约为1600公里;某些地区环形山的密度可以和月面相比;大圆的北部半个球面比较平坦,但也是满目荒芜,石块、沙丘和酷寒的山峰装点着它的表面.火星上还有一些火山和峡谷.最
大的火山是一座称为"奥林匹斯之雪"的火山,其底部的直径约500公里,火山口的直径也有72公里,大约有25000米高,几乎是珠穆朗玛峰的3倍.
火星上最大的峡谷是"水手9号"发现的水手谷,峡谷绵延5000多公里,宽200公里,比周围地面低6～7公里,谷壁十分陡峭,它比地球上最大的峡谷——科罗拉多河峡谷(长46公里、深约1.8公里)大得多.火星表面不存在液态水,但探测到数千条干涸的河床,最长的达1500公里,宽约60公里.
主要的大河床分布在赤道地区,是由比熔岩流更少粘带性的液体造成的,说明火星从前曾有过水,美国"海盗号"探测器选择了生命存在可能性最大的地方着陆,对采取的土样进行实验和分析,结果表明火星表面上存在生命的可能性极其微小.
火星是一个冷酷的、没有生命的世界.其内部构造与地球相似,有核、幔和壳.核中含有硫,几乎全部的铁都成了硫化铁.核的半径约1300～2000公里.外壳由大量硅和铝及少量镁等所形成的较轻的岩石组成,厚约50公里.
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