火星

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物理特征

火星的重力值是地球的2/5、直径相当于地球的半径,表面积只有地球的四分之一,体积只有地球的15%,质量只有地球的11% 概述 火星是八大行星之一,因为它在夜空中看起来是血红色的,所以在西方,以罗马神话中的战神玛尔斯(或希腊神话对应的阿瑞斯)命名它。在古代中国,因为它荧荧如火,故称“荧惑”。火星有两颗小型天然卫星:火卫一Phobos和火卫二Deimos(阿瑞斯儿子们的名字)。两颗卫星都很小而且形状奇特,可能是被引力捕获的小行星。英文里前缀areo-指的就是火星。

地形特征

零海拔:因为火星上没有海洋所以也就没有海平面,零海拔或平均重力表面必须人为确立。于是选择了平均大气压是610帕(6.1毫巴)的等压线作为零海拔线,那里的气压约为地球表面大气压的0.6%。

零度子午线:火星赤道是以它的自转确定,但火星的本初子午线是人为指定的,跟地球一样,选择是随意的,大家约定俗成。1830-32年,德国天文学家威廉 Beer和Johann Heinrich Mädler选择一个小圆形特征作参考点以制作火星的第一张系统地图,1877年被意大利天文学家乔瓦尼·夏帕雷里采用作本初子午线。在1972年,水手9号测绘火星地貌后,沿着Beer和Mädler的线,兰德公司的Merton Davies在他建立一个地理控点网络后提出火星精确的0.0°经线定义:是一个位于子午湾(Sinus Meridiani,或子午线平原(Meridiani Planum))的小陨石坑(稍后被称为Airy-0)。



地质

分层结构

科学家对于火星分层推断,无法像地球一样是以震波推测,而主要是依据既有经验和火星密度来推测,分为三层:地核、地函、地壳。


地质年代

科学家对于火星地表年龄的判断不像在地球那样,因为目前只能靠探测照片推定而非实地考察,因此科学家提出一个方法:依照一地的陨石坑密度来估算地表年龄,例如

  • 一地陨石坑密布、甚至相邻相叠,此地可能老于35亿年,包括约41亿至38亿年前的后期重轰炸期(Late Heavy Bombardment)。
  • 若一地陨石坑散布、较疏,则年龄可能约30亿至10亿年。
  • 若一地很少或没有陨石坑,则年龄可能小于5亿年。

举例来说,月球高地陨石坑普遍密布,可以推断她地表年代久远(44亿至38亿年前);而反观月海,陨石坑小而稀,因此较年轻(38亿至32亿年前)。而火星南方高地因陨石坑密布,故较古老;而平坦的北方低原则较年轻。依照这个方法,科学家把火星地质年代分为三个阶段:

  • 诺亚纪(Noachian Era),从46亿年前到35亿年前(加减一亿年),再细分为早(early、)中(middle)、晚(late)诺亚纪。这时期火山活动旺盛,陨石撞击频繁,大气层较厚(至少早期是如此),也可能更温暖,而水分多,可能存在湖泊甚至海洋,侵蚀旺盛,形成河谷,水流也带来沉积物沉积。此时期是由南半球的古老诺亚高原(Noachis Terra)命名。
  • 赫斯伯利亚纪(Hesperian Era),从35亿年前到25亿或20亿年前,再细分为早、晚赫斯伯利亚纪。此时期是一个转换到现在的过度期,大量的水开始渗入地底冻结,由于水的减少,侵蚀搬运减少,虽然有时会有地下水层爆发造成地方性的崩塌、洪水。地质作用减少。此时期是依据一个南半球中年的赫斯伯利亚高原(Hersperia Planum)命名。
  • 亚马逊纪(Amazonian Era),从25亿或20亿年前到现在,再细分为早、中、晚亚马逊纪。此时期与现在类似,干、冷,地质作用和陨石撞击更少,而不时有些许水份自岩石溢出至大气或地表,形成溪壑。此时期是依北半球的一个年轻、被熔岩填平的亚马逊平原来命名。



大气

火星大气层很薄,表面平均气压是只有7.5毫巴(约为地球的0.75%)。成分为95%的二氧化碳,3%的氮气,1.6%氢气,很少的氧气、水汽、一氧化碳、氖、氪和氙等,亦充满著很多尘埃。地表温度白天可达28℃,夜晚可低至-132℃,平均-57℃。虽然二氧化碳量是地球之数倍,但因缺乏水汽,所以温室效应只有10℃[2],比地球的33℃低。


尘暴

由于火星气压低,当太阳甫照地表时,大气便能快速增加动能,风速大,加上低重力,尘埃很容易被卷入空中。而就在南半球春夏季时,增温快,易形成强烈的风,卷起的狂沙再加强增温,风速更快,终于形成尘暴,从太空可看到一片褐色尘云旋转、移动。而这些区域性尘暴有些甚至发展成全球性尘暴,将整个星球笼罩在橘雾之下。水手9号到达火星的时候,火星被全球性尘暴遮住而无法观测。


* 尘卷风

地球干燥沙漠地常发生,在火星也一样常见。尘卷风(dust devils)宛如迷你形龙卷风,当地表被加热时,上方空气变上升、旋转,挟带砂石,在地表上游走,在经过的地方因为把上层浅沙带走,留下深色轨迹。 火星的云层与南极冠 火星的云层与南极冠

火星卫星

Phobos(火卫一)和Deimos(火卫二)的轨道(比例)

火星有两个卫星,为火卫一(Phobos)与火卫二(Deimos)。Phobos和Deimos都和火星以潮汐力互相锁定,因此他们总是以一面对着火星。因为Phobos的公转绕轨道比火星自转更快,所以潮汐力会慢慢但稳定地减小它的轨道半径。未来,Phobos将会被万有引力所瓦解。(参见洛希极限)另一方面Deimos因为离火星足够远,所以它的轨道反而正在慢慢地被推进。

两颗卫星是在1877年被阿瑟夫·浩尔(Asaph Hall)发现的,被以希腊神话中的福波斯和德莫斯命名,Phobos和Deimos在古希腊神话里是战神玛尔斯的儿子. 火星卫星 名称 直径 (km) 质量 (kg) 公转半径 (km) 公转周期 火卫一 (Phobos) 平均22.2 (实际27 × 21.6 × 18.8) 1.08×1016 9378 7.66小时 火卫二 (Deimos) 平均12.6 (实际10 × 12 × 16) 2×1015 23,400 30.35小时

从火星上看,Phobos的角直径大约12',Deimos角直径大约2'.而太阳的角直径大约是21'.