火星

火星（英語：Mars；天文符號：♂），古名熒惑，是離太陽第四近的行星，也是太阳系中仅次于水星的第二小的行星，为太陽系里四顆類地行星之一。由于火星地表廣泛的分佈著氧化鐵，其主要呈現為橘紅色，因此亦被称为“红色星球”。

火星

火星的真實色彩影像，由阿联酋希望号火星探测器拍攝

軌道參數

曆元 J2000

遠日點

2.492 61×10⁸km
1.666 AU

近日點

2.066 50×10⁸ km
1.381 AU

半長軸

2.279 56×10⁸ km
1.523 662 31 AU

離心率

0.093 412 33

軌道週期

686.98地球日
1.88年
668.599 火星日

會合週期

779.94 日
2.135 年

平均軌道速度

24.08 km/s

軌道傾角

1.850 61°

升交點黃經

49.578 54°

已知衛星

2

物理特徵

平均半徑

3389.5 km
(0.532 倍於地球)

赤道半徑

3396.2 km
(0.532 倍於地球)

極半徑

3376.2 km
(0.531 倍於地球)

表面積

1.441×10⁸km²
144,798,465 km²
0.282 倍於地球

體積

1.631 2×10¹¹km³
(0.151 倍於地球)

質量

6.416 9×10²³kg
(0.107 倍於地球)

平均密度

3.934g/cm³

表面重力

3.69-3.73 m/s²
(0.377-0.380g)

逃逸速度

5.03 km/s

恆星週期

1.027 日
(24.659 7 小時)

赤道自轉速度

868.22 km/h

轉軸傾角

25.19°

北極赤經

21 h 10 min 44 s
(317.681 43°)

北極赤緯

52.887°

反照率

0.25

表面溫度	最低	平均	最高
絕對溫標	120 K	214 K	293 K
攝氏溫標	−153℃	−59℃	20℃

視星等

最大：-2.94
衝：平均-2.0

角直徑

3.5″－25.6″
衝：平均17.8″

大氣特徵

表面氣壓

6.36 hPa (平均氣壓）
4.0－8.7 hPa (季節變化)

成分

95.1% 二氧化碳
2.59% 氮氣
1.94% 氬
0.16% 氧氣
0.06% 一氧化碳
210 ppm 水蒸氣
100 ppm 一氧化氮
2.5 ppm 氖
850 ppb 半重水蒸气
300 ppb 氪
130 ppb 甲醛
80 ppb 氙

火星的地质年代主要分为三个部分：諾亞紀、赫斯珀里亚纪及亞馬遜紀。在过往，火星可能被大面積的海洋、湖泊及河流覆蓋。火星的大氣以二氧化碳為主（含量约为95%），既稀薄又寒冷。火星南半球是古老、充滿隕石坑的高地，北半球則是較年輕的平原。根據探測到的證據，火星兩極有冰冠覆蓋，亦觀察到季節性的水氣及類似地下水湧出的現象。而研究发现，火星目前仍有间歇性和地下液态水存在。

火星公轉週期為1.88地球年(687地球日)，自转周期则约为24小时40分，其公转引起了火星冲日等天文现象。火星有兩個天然衛星：火衛一和火衛二，形狀不規則，可能是其捕獲的小行星。另外，科学家亦在研究火星上存在生命的可能性。

由於火星位於太陽系的宜居帶，同時有更多證據證明火星曾擁有類似地球的環境與豐富的資源，故此火星成為各國研究的重點。人類從古至今對火星進行了多次觀測及探測任務，其中美國及中國已有載人登陸火星的計劃。

自然历史

形成

理论认为，火星可能在太阳系形成期间因太阳原行星盘的随机变动而形成。火星在太阳系中的位置造就了其独特的化学特征，與地球相比，含有更多低熔點元素（如氯、磷、硫等）。這些元素可能由早期太陽的活躍太陽風帶來。

晚期重轟炸

在太陽系中的行星形成後，內太陽系可能經歷了名為「晚期重轟炸」的時期，火星上的隕石坑約有60%形成於該時期。

地質年代

火星的地質歷史主要分為三個階段：

諾亞紀：约45亿至约35亿年前，火星最古老的现存表面形成。
赫斯珀里亚纪：约35亿至33亿-29亿年前，多个广阔岩浆平原形成。
亞馬遜紀：约33亿-29亿年前至今。

物理性质

以直徑、質量、表面重力來說，火星約介於地球和月球中間：火星直徑約為地球的一半、月球的兩倍，質量約為地球的九分之一、月球的九倍，表面重力約為地球的38%、月球的2.4倍。火星體積约為地球的15%，質量约為地球的11%，表面積略小于地球陸地面積，密度則比其他三顆類地行星小很多。2012年8月，加利福尼亚大学洛杉矶分校的教授尹安在分析了100张来自火星勘测轨道飞行器的卫星图片后发现，火星有类似地球主要板块划分的构造特点。

天文学家在長期觀測火星后發現，火星的南半球地勢比北半球高，北極盆地有大撞擊的证据。天文学家推断，約45億年前火星遭冥王星大小天體撞擊之後，不但形成火卫一和火卫二，亦逼使內核熱能散溢出上地幔、內部攪拌逐漸停止，無法以发电机原理持續對流生成磁場。由於火星比地球小，相對表面積與體積呈反比而較地球大，因此火星核心也冷卻得较地球快，地質活動趨緩，磁場和板塊運動消逝，太阳风帶走大氣導致氣壓偏低，而使液態水在低溫就會沸騰、無法穩定存在。

內部結構

火星的地壳平均厚约50公里，最厚可达125公里。火星的地幔由硅酸盐组成，包裹著半径约为1300至2400公里，可能由液態鐵及少量硫組成的地核。

地理特征

地質

古瑟夫撞擊坑充滿沙石的地表

堅忍撞擊坑中的沙丘

火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、礫石遍佈，沒有穩定的液態水體。火星的大氣以二氧化碳为主，既稀薄又寒冷，沙塵懸浮其中，每年常有塵暴發生。與地球相比，火星的地質活動不活躍。

火星地表地貌大部份於遠古較活躍的時期形成，充滿撞擊坑，隕石坑、火山與峽谷密布。奧林帕斯山是太陽系中最高的山，水手號峽谷是太陽系中最大的峽谷。火星南北半球的地势有明顯差別：南方是古老、充滿隕石坑的高地，北方則是較年輕的平原，兩極皆有主要以水冰組成的極冠，而上覆的乾冰會隨季節消長。

科學家基於撞擊坑密度的撞擊坑計數法判別出火星的地表年齡：撞擊坑大而密集處較老，反之則年輕，進而將火星的地質年代分為四個階段：前諾亞紀、諾亞紀、赫斯珀利亞紀和亞馬遜紀。前諾亞紀沒有留下實質地表，此時地形南北差異形成，有全球性磁層；諾亞紀有大量隕石撞擊，火山活動旺盛，可能有溫暖潮濕的大氣、河川和海洋，侵蝕旺盛，但到末期這些活動已大幅減弱；赫斯珀利亞紀，火山活動仍然繼續；亞馬遜紀則是大氣稀薄乾燥，以冰為主要活動，如極冠、冰凍層、冰河，並有週期性變遷，溝壑也是這時期形成，火山活動趨緩並集中在塔爾西斯與埃律西昂。

現今火星風成地形遍佈，如吹蝕、磨蝕等風蝕作用，和沙塵遇地形阻礙而填積、侵積等風積作用。（名詞解釋：）前者形成如廣泛分布於梅杜莎槽溝層的風蝕脊，後者則如大瑟提斯高原上撞擊坑下風處的沙塵堆積，和撞擊坑中常見的沙丘。

地形

火星和地球一樣擁有多樣的地形，有高山、平原和峽谷。南北半球的地形有著強烈的對比：北方是被熔岩填平的低原，南方則是充滿撞擊坑的古老高地，而兩者之間以明顯的斜坡分隔；火山地形穿插其中，眾多峽谷分布各地，南北極有以水冰与干冰組成的極冠，而風成沙丘廣布整個星球。隨著衛星拍攝的照片越來越多，更發現很多的地形景觀。

由於火星目前不存在海洋，人們将火星表面气压为610.5 Pa（6.105 mbar）的平面定義为海拔為0的水平面，稱為「火星大地水準面（英语：areoid）」。現代探測器，如火星勘察衛星、火星快車號和火星探測漫遊者会運用航照圖的地形判別方法，以視差法來測量區域地形，並製成高解析度立體照片。此外，火星的經度坐標採用東經0至360度，而非地球的東西經各180度。

火山

塔爾西斯高原擁有許多座大型火山，其中包括一座盾狀火山——奧林帕斯山。它的寬度超過600千米，高度超過21千米，於2500萬年前最後噴發。該火山的高度達到了茂納凱亞火山的兩倍，與灶神星雷亞希爾維亞盆地的中央山丘高度相當，是太陽系中最高的山峰之一。

陨石坑

人类已在火星上发现了超过4.3万个直径大于5公里的陨石坑。其中，最大的陨石坑是希腊平原，宽约2300公里，深约7公里，是一个清晰的反照率特徵。同时，火星还有其它大型陨石坑，如阿耳古瑞平原（宽约1800公里）及伊希斯平原（宽约1500公里）。火星隕石坑的形態表明，在隕石撞擊後，其地面曾經變得濕潤。

板塊邊界

火星上的水手谷長約4000公里（與歐洲相當），深度約7公里。它可能由於塔爾西斯高原擴大，導致地殼塌陷而形成。在2012年，科學家提出水手谷並不是一個地塹，而是一個已漂移了150公里的板塊的邊界。

洞穴

來自火星奧德賽號上熱輻射成像系統（THEMIS）的影像顯示阿爾西亞山北坡有七個可能的深洞，照片中光線無法抵達底部，推測底部可能更深、更寬，可能免受微隕星、紫外線、太陽閃焰和其他高能粒子的侵害，可能是未來尋找液態水或生命痕跡的可行地點。但後來火星勘察衛星的更高解析度HiRISE影像部分推翻了之前猜測，認為只是光線角度造成深不見底的樣子。

氣象特徵

大氣

火星大氣層相對較薄，平均地表氣壓只有6百帕，约为地球表面氣壓的0.6%，相當於地球表面算起35公里高的氣壓，如此低的氣壓使聲音傳播的距離只有在地球上的1.5%。隨著季節的變化，火星氣壓變化可達20%。火星大氣层按高度可分为低層大氣、中層大氣、上層大氣和外氣層。其中低層大氣由於氣懸微塵與地表的熱，這部份相對溫暖；中層大氣存在高速氣流；上層大氣（或熱氣層）溫度很高，大氣分子也不再像下層那樣分布均勻；外氣層高度在200公里以上，大氣漸漸過渡到太空，無明顯外層邊界。

火星大氣成分为95%的二氧化碳，3%的氮气，1.6%氬气，很少的氧气、水氣等，亦充滿著很多吸收藍光的懸浮塵埃，使天空呈黃褐色。2003年火星大衝時地面望远镜在大气中发现了甲烷；2004年3月，火星奧德賽號确认了这一发现。由於甲烷易被紫外線分解，存在甲烷表示现在或者最近几百年内在火星上存在製造甲烷的来源，火山作用、地質作用、彗星或小行星撞击甚至生物來源如甲烷古菌等都有可能。2013年9月19日，根據從好奇號得到的進一步測量數據，NASA科學家報告，並沒有偵測到大氣甲烷（英語：atmospheric methane）存在跡象，因此總結甲烷微生物活性概率很低，可能不存在生命。但是，很多微生物並不會排出任何甲烷，人類仍舊可能在火星發現這些不會排出任何甲烷的微生物。

天气和气候

由于火星的自转轴倾角与地球的相当，火星在太阳系中与地球气候最相似，但一个季节的时间比地球的要长。火星离太阳较远，表面接收到的阳光仅有地球的43%，且大气层较薄，无法存储过多热量，因此火星表面的温差较大（-110 °C～35 °C）。

2008年9月29日，鳳凰號拍下了降雪事件，是在接近鳳凰號登陸地點附近海姆達爾撞擊坑之上，为高4.5公里的幡狀雲降雪。這次降雪在到達火星表面時就已蒸發。火星表面土壤的热惯性（英语：Thermal inertia）不同，使空气在冷热区域之间交替流动，产生风。

火星大氣環流主要為單胞環流，由赤道相對熱空氣上升，漂至極區下沉，再沿地面回到赤道。另外，在火星的北半球，極冠的二氧化碳昇華進入大氣，使氣壓升高；而南半球由於二氧化碳凝華，氣壓下降。由於進出大氣的二氧化碳量高達25%，造成南北壓力差，空氣便傾向由高壓的夏半球流向低壓的冬半球，形成另一依季節而變向的環流。因此火星的天氣系統一般為全球性的，例如塵暴。