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董方红



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火星

本帖被 董方红 执行提前操作(2008-11-02)
火星


人类为什么要探测火星?



  火星,发出红色光芒荧荧如火的火星,绕日运行轨道在地球轨道之外,是地球的近邻。距离太阳约22700万千米,公转周期657天,自转周期24小时37分,体积和质量分别为地球的15%和11%。火星有很稀薄的气体,其中二氧化碳占95%,常有尘暴发作。火星上不存在液态水,但有几条干涸的河床,最长的达1500千米、宽达60千米,表明曾有过水。人类已向火星发射过许多行星探测器作实地考察。火星上有平原、火山、峡谷深沟和环行山,还有大面积的沙漠和戈壁。

美丽的火星照片











    火星是距地球最近的行星,肉眼看上去是一颗引人注目的火红色的亮星,按离太阳由近及远的顺序为第四颗行星。

    由于地球和火星轨道的关系,探测器航行时间与启程时间相  关,因此,存在一个最有利于发射的时间窗,它每17年才会出现一次,此时向火星发射宇宙飞船最有效。在天体引力的作用下,今年夏季火星和地球之间的距离是5万年来最近的,两者相距仅5575万公里。这是一个“万载”难逢的历史机遇,欧美都抓住了这个最佳发射时间,抢发探测器。以今天的科技水平计算,探测器从地球飞到火星需要6个月到1年时间。

    北京时间6月11日凌晨1时58分,搭载“勇气”号火星车的美国火星着陆探测器成功升空。它是继6月2日欧洲宇航局第一个火星探测器“火星快车升空之后,本月奔赴火星的第二颗探测器。有消息说,美国的另一颗火星探测器——机遇号也将于6月25日左右发射。在短短一个月内如此密集地向火星发射探测器,这在人类历史上还是首次。


   


























       


火星与人类探测火星历程

地球是人类的摇篮,但是人类不能永远生活在摇篮里……

                               ——“航天之父”齐奥尔科夫斯基

    火星 (mars) 是太阳系九大行星之一,按离太阳由近及远的顺序排列为第四。除金星以外,火星离地球最近,距离地球1.9亿公里。与地球相比,火星的质量(6.421×[10的26次方])小于地球质量(5.976×[10的27次方]克)的1/9,火星半径(3398公里)仅为地球半径(地球为6378.188公里)的1/2左右。但火星在许多方面与地球较为相像:火星的自转周期(24小时39分22.6689秒)几乎与地球(23小时56分4.09秒)一样,1个火星日只比1个地球日长41分19秒;火星自转轴的倾角也几乎和地球相同。因而,火星也有四季变化,气温比地球低,生存条件仅次于地球。火星与地球明显不同的是,火星的公转周期几乎是地球公转周期的两倍,所以,火星上每个季节要持续6个月,而不是3个月。

    火星是唯一能用望远镜看得很清楚的类地行星。通过望远镜,火星看起来像个橙色的球,随着季节变化,南北两极会出现白色极冠,在火星表面上能看到一些明暗交替、时而改变形状的区域。空间探测显示,火星上至今仍保留着大洪水冲刷的痕迹。科学家推测,火星曾比现在更温暖潮湿,可能出现生命。

    火星表面的特征是在赤赭色亮区上叠加着若干暗区。表面地域有三种类型:1.环形山地域,是年龄至少为几十亿年的古老地域;2.混杂地域,在这类地域上,山脊和凹地杂然并存,基本上没有新形成的环形山;3.无结构地域,火星表面被铁的氧化物所覆盖,故呈红色。上有山脉、盆地、环形山、峡谷、火山、河床和极冠。构成极冠的主要成分是冷冻的二氧化碳,又称干冰,也含有水冰。寒暑更迭使干冰凝结或融化,极冠面积也随之变化。火星大气十分稀薄,气压约为7.5毫巴,昼夜温差较大。火星的内部结构与地球一样有核、幔和壳,但它的地质构造活动没有地球剧烈。火星磁场强度仅约为地球的万分之三。

    由于火星有极冠,表面有水的迹象和火山迹象,与地球相似,这些迹象是导致生命起源的主要因素,因此火星是否存在生命一直是天文学家长期争议的论题。为了找到这一论题的答案,人类对与地球相邻的火星表现了浓厚的兴趣。

    自20世纪60年代以来,对火星的空间探测不断获取新的发现。40多年来,苏联、美国、日本和欧洲共计划了30多次火星探测,其中三分之二以失败告终,但研究一直没有排除火星上有生命存在的可能性。进入21世纪,火星是人类探索的新大陆。国际天文学界新世纪空间探测的第一个重头戏就是火星。以今天的科技,探测器从地球飞到火星需要6个月到1年时间。航行时间与启程时间相关,因为地球和火星轨道的关系,每26个月才会出现一次最有利发射时间,此时向火星发射宇宙飞船最有效,而其他时候发射效率低、成本高。

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        火星

        火星为距太阳第四远,也是太阳系中第七大行星:
  公转轨道: 离太阳227,940,000 千米 (1.52 天文单位)
  行星直径: 6,794 千米
  质量: 6.4219e23 千克


  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。但可惜的是那条著名的被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。

  火星的轨道是显著的椭圆形。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。

    人类探测火星的历史:

  1962年前苏联火星1号探测火星失败
  1965年美水手4号探测器飞越火星
  1971年前苏联火星2号在火星着陆
  1972年美水手9号沿火星轨道飞行
  1976年海盗1号和2号在火星着陆
  1989年福波斯1、2号飞往火星途中失踪
  1993年火星观察者抵火星轨道前失踪
  1996年俄“火星-96”发射失败
  1997年火星环球勘探者进入火星轨道
  1997年美火星探路者在火星着陆
  1998年美国发射火星气候探测器
  1999年美发射火星极地着陆者探测器
  2003年欧洲发射“火星快车”2009年俄罗斯探测“火卫一”

    火星的面积

  火星表面积只有地球的四分之一,确切一点火星的表面积是地球的28%(地球的表面积大约是五亿一千零一十万九百三十四平方公里)

    火星的卫星

  火星有两个小型的近地面卫星。

  卫星 距离(千米) 半径(千米) 质量(千克) 发现者 发现日期
  火卫一 9000 11 1.08e16 Hall 1877 :

  1.火卫一的物理性质:

  火卫一和火卫二可能像C型小行星一样是由富含碳的岩石组成的。但它们不可能是由纯岩石组成的,因为它们的密度太低了。它们很可能是由岩石与冰的混合物组成的,并且它们都有很深的地壳坑。

  前苏联的探测器火卫一2号探测到一种从Phobos上逃逸出的微弱但又持久的气体。可惜的是,Phobos 2号在探测出这气体的组成成份之前便无法工作了。水或许是最有可能的组成部分。Phobos 2号也带回了一些照片。

  Phobos上最显著的地形特色是一个名为Stickney的大坑,这是前面所提到的Hall的妻子的名字。就像土卫一的环形山赫歇耳(Herschel)一样(尺寸较小)。Stickney必然曾经具有过破坏火卫一的作用,现在火卫一表面上的一些大沟和条纹层脉极有可能是由于Stickney的影响而造成的。

  2.火卫一的轨道特征

  火卫一的环绕运动半径小于同步运行轨道半径,因此它的运行速度快,通常每天有两次西升东落的过程。由于它离火星表面过近,以至于从火星表面的任何角度都无法在地平线上看到它。

  据推断,由于它的运行轨道小于同步运行的轨道,所以潮汐力正不断地使它的轨道越变越小(最近的统计数字表明,它正以每世纪1.8米的速度在减小)。所以,据估计大约5000万年后,火卫一不是撞向火星,便是分解而成为光环。(这同月亮的升力的反作用力的作用效果相似。)

  3.火卫一的命名和发现:

  在希腊神话中,火卫一是阿瑞斯(火星)和阿芙罗狄蒂(金星)的一个儿子。“phobos”在希腊语中意味着“恐惧”(是“phobia”-恐惧的构词成分)。

  火卫一在1877年由Hall发现,1971年由“水手9号”首次拍得照片,并由1977年的“海盗1号”、1988年的“火卫一号”进行观测。
  火卫二 23000 6 1.80e15 Hall 1877:

  1.轨道资料

  轨道半长轴: 23,460 km
  轨道离心率: 0.0002
  轨道周期: 1.26244 d
  平均公转速度: 1.35 km/s
  轨道倾角: 0.93° (to Mars' equator)
  1.793° (to the local Laplace plane)
  27.58° (to the ecliptic)

  2.物理特征

  大小: 15.0 × 12 × 10.4 km
  平均半径: 6.3 km
  质量: 2.244×1015 kg (3.756×10−10 Earths)
  平均密度: 2.2 g/cm³
  赤道表面重力: 0.0039 m/s² (3.9 mm/s²)
  0.00040 g (400 µg)
  宇宙速度: 0.0069 km/s (6.9 m/s)
  自转周期: 同步自转
  反照率: 0.07
  温度: ≈233 K

  火卫二和火卫一是由像C型小行星那般的富含碳的岩石组成的,并且它们都有很深的地坑。

  3.火卫二的命名:

  在希腊神话中,火卫二是阿瑞斯(火星)与阿芙罗狄蒂(金星)的另一个儿子。“deimos”在希腊语中意味着“惊慌”。

  4.火卫二的发现

  火卫二在1877年8月10日被阿萨夫·霍尔(Hall)在美国海军天文台发现,在1977年由海盗1号首次拍得其照片。

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