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第5章 红色的行星—火星

1.火星概况

火星是太阳系中距太阳第四远的行星,也是第七大行星。火星的火红色的表面,自古就吸引着人们,希腊称之为战神,这或许是由于它颜色鲜红,所以火星有时被称为“红色行星”,而三月份的名字(March)也得自于火星。古代人们观测火星就和观测其他天体一样,大部分是为了占星。直到17世纪之后,才开始出于科学目的,如开普勒探索行星运动定律时,就依据了第谷积累的大量而精密的火星运行的观测资料。科学家认为火星是太阳系中,最适合人类居住的星球(地球除外)。此外,火星也深受科幻小说家的喜爱。

火星表面为什么是红色的?

科学探测表明,火星表面的大部分地区被红色的硅酸盐、赤铁矿等铁的氧化物及其他金属化合物覆盖,因而火星呈现明亮的橙红色。火星的天空也呈现橙红色,科学家们认为这是由于火星稀薄的空气折射阳光后出现的独特景色。

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160℃。这对火星的气候产生了巨大的影响,火星上的平均温度大约为218开,但却具有从冬天的140开到夏日白天的将近300开的跨度。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。火星表面积是地球表面积的28%,火星的直径为6786千米,每24.62小时自转一周。

除地球外,火星是具有各种有趣地形的固态表面行星,其中不乏一些壮观的地形,如奥林匹斯山脉。奥林匹斯山脉在地表上的高度有24千米,是太阳系中最大的山脉。它的基座直径超过500千米,并被一座高6千米的悬崖所环绕。

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。

火星的南半球,有与月球上相似的曲型的环状高地。相反,它的北半球大多由新近形成的低平的平原组成,南北边界上出现几千米的巨大高度变化。这些平原的形成过程十分复杂。

火星的内部情况,只是依靠它的表面情况资料和大量的相关数据来推断的。一般认为,它的核心是由半径为1700千米的高密度物质组成,外包一层比地球的地幔更稠的熔岩,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)可能含有较多的硫。

如同水星和月球一样,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。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,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,而且估计距今也有大约40亿年了。

火星的早期与地球十分相似,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,火星表面仍比地球冷得多。

火星的那层薄薄的大气,主要是由余留下的二氧化碳(95.3%)、氮气(2.7%)、氩气(1.6%)、微量的氧气(0.15%)和水汽(0.03%)组成。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴,还不到地球大气压强的1%。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,而在奥林匹斯山脉的顶端却只有1毫巴。但是它也足以支持偶尔席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层也能制造温室效应,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。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。

在火星的热带地区,有很大一片引力微弱的地方,这是由火星勘测器在它进入火星轨道时获得的意外发现。它们可能是早期外壳消失时遗留下的。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,人们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。科学家根据火星的土壤得知,火星曾经经历过水灾,可能就是因为这场洪水,而导致火星上的人类灭亡,然后在火星上只遗留下了一些低智能生物,而没有高智能生物。

2.奇特的火星地理

火星和地球一样,拥有多样的地形,有高山、平原和峡谷。由于重力较小等因素,地形尺寸与地球相比,也有不同的地方。南北半球的地形,有着强烈的对比:北方是被熔岩填平的低原,南方则是充满陨石坑的古老高地,而两者之间以明显的斜坡分隔。火山地形穿插其中,众多峡谷也分布各地,南北极则有以干冰和水冰组成的极冠,风成沙丘也广布整个星球。随着卫星拍摄的照片越来越多,会发现更多耐人寻味的地形景观。

(1)火山

火星的火山和地球的火山不太一样,除了重力较小,能使山长高之外,缺乏明显的板块运动。火山分布以热点为主,而地球有火环的构造。火星的火山,主要分布于塔尔西斯高原、埃律西姆地区和零星分布在南方高原上,例如希腊平原东北的泰瑞纳山。

地形图中,火星西半球耸立着一个醒目的特征,中央即为塔尔西斯高原,高约14千米,宽过6500千米,伴随着盛行火山作用的遗迹,包含五座大盾状火山,包括太阳系最高的奥林匹斯山,有21287千米高,550千米宽。其他四座包括艾斯克雷尔斯山、帕弗尼斯山、阿尔西亚山和亚拔山。在大火山之间,还散布着零星的小火山。

在火星的另一端,还有一个较小的火山群,以14127千米高的埃律西姆山为主体,北南各有较矮的赫克提斯山和欧伯山。

(2)峡谷

火星的峡谷,是由水和火山活动形成的。由水造成的峡谷,可能是洪水短时间冲刷成的,稳定的流水侵蚀成的或由冰川侵蚀而成的;火山活动喷发的熔岩流,也可造成熔岩渠道。此外,峡谷还可能由地壳张裂造成,如水手峡谷。

(3)水与冰

在火星的低压下,水无法以液态存在,只在低海拔区可短暂存在。而冰倒是很多,如两极冰冠就包含大量的冰。2007年3月,美国国家航天航空局声称,南极冠的冰假如全部融化,可覆盖整个星球达11米深。另外,地下的水冰永冻土,可由极区延伸至纬度约60°的地方。科学家推论有更大量的水冻在厚厚的地下冰层,只有当火山活动时,才有可能释放出来。史上最大的一次是在水手谷形成时,大量水释出,造成的洪水刻划出众多的河谷地形,流入克里斯平原。另一次较小但较近期的一次,是在500万年前科伯洛斯槽沟形成时,释出的水在埃律西姆平原形成冰海,至今仍能看见痕迹。火星全球勘测者所照的高分辨率照片显示出有关液态水的历史。尽管有很多巨大的洪水道和具有树枝状支流的河道被发现,但还是没发现更小尺度的洪水来源。科学家推测这些河道可能已被风化侵蚀,表示这些河道很古老。火星全球勘测者高解析照片,也发现数百个在陨石坑和峡谷边缘上的沟壑。它们趋向坐落于南方高原、面向赤道的陨石坑壁上。因为没有发现部分被侵蚀或被陨石坑覆盖的沟壑,科学家推测它们应非常年轻。

3.火星的卫星

火星有两个小型的近地面卫星—火卫一和火卫二。这两个卫星可能像C型小行星一样,由富含碳的岩石组成。但它们不可能由纯岩石组成,因为它们的密度太低。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。

4.火星的尘暴

尘暴是火星大气中独有的现象,小规模的尘暴经常出现,每个火星年还会发生一次席卷全球的大尘暴。尘暴风速之大,令人难以想象。地球上的大台风,风速是每秒60多米,而火星上的尘暴风速,竟高达每秒180多米。1971年,当美国“水手”9号火星探测器刚刚走到距离火星一半的路程时,就遇到了一场前所未有的大尘暴,火星表面70~80千米的高空,被尘埃笼罩,白茫茫一片。除了在火星赤道附近,隐约见到4个坑洞外,其他地方则一片模糊,什么也看不清。这场特大尘暴,竟连续不断地刮了近4个月,才渐渐平息下来。而“水手”9号为了拍照,不得不等了3个月。

火星上有生命吗?

火星在许多方面都与地球相近,有被大气包围着的固体表面,有四季的交替和季节的变化。它的极冠夏天缩小,冬天扩大,像是冰雪的消融和冻结。因此,科学家们曾猜测,火星上有生命存在。为了探索火星生命的秘密,近几十年来已有20余只探测器对火星做过科学探测,其中主要是美国的“水手”9号、“海盗”1号和“海盗”2号。探测结果表明:火星上没有江河湖海,土壤中也没有植物、动物或微生物的任何痕迹,更没有“火星人”等智慧生命的存在。不过,“海盗”1号和2号探测器,在事先选定的火星上最有希望存在生命的地区采集的土样,在地球上进行的实验过程中,发生了某种变化。但科学家们无法确定,这种变化是由微生物的新陈代谢引起的,还是土壤中某种化学过程的结果。因此,目前还不能完全排除火星上存在低级生物的可能性。随着天空探测技术的发展,火星生命之谜将会被彻底揭开。

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