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來源：互聯網

火星（Mars）是太陽系八大行星之一，是離太陽第四近的行星，也是太陽系中僅次于水星的第二小的行星，為太陽系里四顆類地行星之一，屬于類地行星。中國上將火星稱為“熒惑星”，在西方古羅馬的神話中，把它想象為身披盔甲渾身是血的戰神“馬爾斯”（Mars），即希臘神話中的戰神阿瑞斯（阿瑞斯）。

火星距地最近時僅有0.55億千米，最遠時有4億千米。火星的平均直徑為6794千米，表面積約為1.45億平方千米，體積約為1630億立方千米，質量6.42×1023千克，火星的平均密度為3.9335 g/cm3，火星的大氣很稀薄，成分主要是二氧化碳（95.3%）、氮氣（2.59%）、氬氣（1.94%）、氧氣（0.16%）、一氧化碳（0.06% ），另外還有微量的水（210ppm）、氮氧化物（100ppm）、氖(2.5ppm）等。火星上的溫度變化范圍為27℃（300K）到-138℃（145K），全球表面年平均氣溫-63℃（210K）。火星的磁場較地球弱，火星的表面重力為0.3794 g。火星的最高亮度可達-2.9等，但在大部分時間里比木星暗。火星有兩個天然衛星：火衛一和火衛二，形狀不規則，可能是捕獲的小行星。

第一次有系統的觀測是在十六世紀末期，丹麥天文學家第谷·布拉赫（Tycho Brah）近20年的裸視火星的觀測數據開始，其位置數據已經約可精準到4個角分。從1960年蘇聯就開始對火星發射探測器，但多次發射探測器失敗。1971年2月8日，蘇聯的“火星3號”探測器發射升空，其登陸艙同年12月在火星上軟著陸。美國也發射火星探測，1976年7月20日和8月7日，美國“海盜1號”和“海盜2號”探測器的著陸艙分別在火星著陸成功。1996年11月7日，美國發射了“火星全球勘探者”（MGS），1998年3月中旬開始繪制火星圖形，該衛星獲得了大量火星地貌、氣候等資料。2003年6月2日，歐洲航天局發射了“火星快車號”，同樣將探測火星是否有水作為重要目標。2013年11月，曼加里安號火星軌道探測器發射成功。阿拉伯聯合酋長國希望號火星探測器于2020年7月發射升空，于2021年3月進入科學軌道，隨后開始為期兩年的數據收集工作。2021年5月15日，科研團隊根據“祝融號”火星探測車發回遙測信號確認，天問一號著陸巡視器成功著陸于預選著陸區，中國首次火星探測任務取得成功。

命名

火星熒熒如火，亮度常變，位置不定，令人迷惑，中國古代稱火星為“熒惑”。《尚書·舜典》中記載：“在璇璣玉衡以齊七政。”而在西方古羅馬的神話中，把它想象為身披盔甲渾身是血的戰神“瑪爾斯”（Mars），即希臘神話中的戰神阿瑞斯（阿瑞斯）。阿瑞斯身世高貴，其父是神王宙斯，其母是赫拉。天文學中火星的符號是馬爾斯的長槍和盾牌的組合。

發現

早期發現

火星按離太陽由近及遠的順序為第四顆行星。肉眼看去是一顆引人注目的火紅色的亮星。它緩慢的穿行于眾恒星之中，從地球上看火星時而順行，時而逆行。火星最暗視星等約為+1.5等，最亮時達-2.9等，這是由于地球和火星分別在各自的軌道上運行，它們之間的距離總在不斷變化。第一次有系統的觀測是在十六世紀末期，丹麥天文學家第谷·布拉赫（Tycho Brah）近20年的裸視火星的觀測數據開始，其位置數據已經約可精準到4個角分。

中期發現

1659年11月28日克里斯蒂安·惠更斯所描繪的火星的圖畫，上面的沙海(與極冠已具有和今天一樣的特征形象。惠更斯和卡西尼創立了火星表面學。從1830年比爾(Beer)和馬德勒(M adler)的觀測開始了一個活躍的時期，至1840年他們首先繪成了一幅火星的全圖。這雖然還是一幅略圖，但已經像地圖上那樣有經緯線的背景。他們把所看見的很清楚、很圓的一個小黑點作為經度的起點，在一個比較大的望遠鏡里這一點卻成了叉形，今天便取這叉形的尖點作為火星表面經度的原點，讀者可在火星的平面圖(圖422)上沙灣的末端去尋找這個黑點，這里現在叫做經線灣。

1876年弗拉馬里翁在他所著的《天上的地球》里的那幅火星插圖較之比爾、馬德勒兩人的火星圖已經復雜得多了，因為這幅圖已經繪上塞奇、道斯(Dawes)、洛基爾(Lockyer)、凱澤(Kaiser)和弗拉馬里翁本人所發現的一切形象。之后人們開始發現火星斑痕的形態和顏色隨季節的轉移均有顯著的變化。

1877年火星的近點沖日給弗拉馬里翁、特爾比(Terby)、格林(Green)等熱心觀測火星的人以一個驗證黑斑變化的機會。也就是在這一年斯基帕雷利宣布有所謂纖維狀的海灣或者運河的存在，這些運河橫貫大陸、連接海洋。斯利弗在洛威爾天文臺首先拍得的一套火星照片，表現了它的大量細節。斯基帕雷利所說的運河在照片上只是模糊的一大片，并沒有幾何形的網狀結構。在1909年拍得火星的美麗照片的觀測者有葉凱士天文臺的巴納德，日中峰天文臺的普呂維內耳和巴耳代等。

1976年7月20日和8月7日，美國“海盜1號”和“海盜2號”探測器的著陸艙分別在火星著陸成功。登陸艙主要進行了生物探測試驗，兩個登陸艙著陸點都選擇在估計水分較多，生命存在性較大的地方。兩個登陸艙上的儀器從火星表面取土樣，用"C作示蹤原子，并用氣相分析分光儀來尋找有機化合物的痕跡。實驗結果表明，土樣在實驗期間發生了某種變化，但無法完全肯定這種變化是土壤中微生物的新陳代謝造成的。因此火星上存在生命的可能性是非常微小的。

索杰納火星車于1997年7月4日在火星上名為“戰神谷”的地區著陸，7月6日凌晨1時40分，索杰納駛下探測器的坡道，踏上火星表面。這是人類的車輛首次在火星大地上行駛。數小時后開始傳回火星表面彩色圖像。1997年9月27日，索杰納與地面失去聯系。它在火星上移動了大約100m，傳回16500幅照片，取得了火星巖石、土壤和火星大氣等方面許多重要科學成果。

新世紀發現

2013年11月，曼加里安號火星軌道探測器發射成功。曼加里安號火星軌道探測器是印度太空研究組織研發無人駕駛的軌道飛行器。其主要任務是試圖找到和獲取火星環境中的甲烷，以便研究火星環境是否有存在生命的可能，同時希望通過探測火星大氣構成，測定火星大氣逃逸臨界速度。

2020年7月30日，毅力號火星探測車+機智號探測直升機發射成功，2021年2月18日成功登陸火星。毅力號火星車+機智號探測直升機，前者是美國航空航天局裝備最先進的火星車，后者是全世界首架行星探測直升機，由此開創「火星探測車+探測直升機」全方位、立體化的全新行星探測模式。

中國天問一號探測器2020年7月23日成功發射，2021年5月15日上午8點20分左右，中國天問一號著陸器確認成功降落火星，著陸地點位于火星北半球的烏托邦平原，著陸器上搭載的是中國“祝融”號首輛火星探測車。

2024年1月，歐洲航天局（ESA）的“火星快車號”號發現，火星的赤道附近存在大量冰水沉積物，厚度大約為3.7公里，如完全融化，水量可與地球上的紅海相當，能將整個火星表面淹沒在2米深的水下。經確認，這些沉積物實際上是灰塵和冰層。1月，美國航空航天局（NASA）的毅力號火星探測器采集的數據證實了火星杰澤羅隕石坑存在古代湖泊沉積物，該研究成果發表在《科學進展》雜志上。這一發現為火星曾經被水覆蓋并可能孕育過微生物生命的理論提供了強有力的證據。

2025年7月24日，美國國家航空航天局（NASA）的好奇號火星探測器在火星的蓋爾撞擊坑內發現了一個類似珊瑚的奇特物體。從外觀上看，這塊巖石與地球海洋中用于構建珊瑚礁的生物形態極為相似。8月4 日，NASA 發布了一份聲明，并附上了“好奇號”利用其遠程顯微成像儀拍攝的黑白照片。照片顯示，這塊大約2.5厘米寬的巖石有著復雜的分支結構。

2025年9月3日夜間（北京時間），國際知名學術期刊《自然》在線發表中國科學家領銜并聯合美國高校合作者共同完成的一篇行星科學論文稱，基于美國航空航天局(NASA)“洞察”號(InSight)火星探測任務的探測數據，他們研究發現火星固態內核的證據，根據對這些數據的進一步計算，還將火星內核半徑限定在600千米左右。首次確證，火星存在固態內核。當地時間9月10日，美國國家航空航天局發布消息稱，美國“毅力”號火星探測車2024年在火星耶澤羅石隕石坑附近采集到的一塊巖石樣本中存在“潛在生物特征”。

2026年1月，美國《國家科學院學報》發表美國得克薩斯大學奧斯汀校區研究人員的研究成果，研究人員通過收集并分析之前發表的關于火星山谷、湖泊和河流特征的數據發現，火星上有19個主要的山谷、溪流、湖泊、峽谷和沉積物群，首次確定了火星上規模最大的16個古河流域，被視為最有希望尋找生命的區域。

形成與演化

形成

大約45億年前，當太陽系進入目前的布局時，火星是在引力吸引旋轉的氣體和塵埃進入時形成的，成為距離太陽第四顆行星。火星體積約為地球的一半，與其他類地行星類似，具備核心、巖石地幔和固體地殼結構。不同于地球的是，由于火星缺乏板塊構造活動，其內部物質循環較為緩慢，這些早期形成的結構得以留存，為研究火星早期演化提供了重要線索。

演化

根據撞擊坑定年法和地層疊置交錯關系將火星地質年代分為四個階段：前諾亞紀(Pre-Noachian)、諾亞紀(Noachian)、西方紀(Hesperian)和亞馬遜平原紀(Amazonian)。前諾亞紀距今約4.1~4.6Ga（億年），撞擊與火山事件使早期地表不復存在，因而將最早的數億年歸為前諾亞紀。該時期形成了包括北部低地、烏托邦平原等地質單元，具有全球性磁層，但當時的大氣性質、地表揮發分組成仍然是未解之謎。

諾亞紀

諾亞紀距今3.7~4.1Ga（億年），該時期以海拉斯盆地的形成為底界，分為早、中、晚諾亞世。諾亞紀的顯著特征為高頻率的撞擊、侵蝕和廣泛溝谷地貌的形成，也包括塔爾西斯火山省主體部分的聚集以及大量風化產物(如層狀硅酸鹽)的形成。諾亞紀大多數火山活動都集中在塔爾西斯區域，大型撞擊盆地和北部盆地也可能分布有大量埋藏在較年輕沉積物中的諾亞紀火山巖。撞擊高地中暴露的大多數物質可能是原生火山巖或受撞擊改造的火山巖，它們主要是富含低鈣輝石的玄武巖，以及不同含量的橄欖石。在諾亞紀大部分區域(Bibring et al.，2006)探測到的原生火成巖礦物(特別是橄欖石)表明當時的風化作用十分有限。

西方紀

西方紀距今3.0~3.7Ga，大致與地球的太古代早期處于同一時期。西方紀的主要特征是持續(可能短暫)的火山作用，形成了廣泛的熔巖平原。與諾亞紀相比，山谷形成率較低，但有大量的外流河道、湖泊或海洋形成。此外，西方紀侵蝕率極低，形成層狀硅酸鹽的蝕變作用急劇減弱或停止，并在局部區域富集硫酸鹽礦物。火星表面的侵蝕率、風化率和山谷形成率的急劇下降強烈表明西方紀期間氣候可能由暖濕向干冷轉變，地表和氣候條件不利于侵蝕和風化作用的發生。西方紀的火山作用主要表現在脊狀平原和一些低矮盾狀火山的形成，與脊狀平原形成相關的火山噴發的SO2排放可能導致了顯著的溫室效應，造成早期西方紀火星氣候間歇性變暖，隨后隨著火山作用的減退，SO2迅速從大氣中消失，地表溫度下降。在西半球，熔巖平原主要分布在塔爾西斯火山東部外圍區域。在東半球，熔巖平原形成了西方平原、大瑟提斯平原和海拉斯盆地大部分的底部區域。西方紀廣泛存在的火山活動使火星約30%的區域發生了地表重塑，同時這也可能是該時期硫酸鹽大量沉積的原因(Head and Kreslavsky，2002)。

亞馬遜紀

亞馬遜平原紀距今約3Ga，并一直持續到現在，其覆蓋了火星地質歷史的三分之二。盡管亞馬遜紀持續的時間相當長，但由撞擊作用、構造作用和火山活動造成的地貌變化較小。此外，還持續了晚西方紀極低的侵蝕率和風化率特點。與火星早期相比，亞馬遜紀冰川和風的作用對地表的改造更為明顯。亞馬遜紀最顯著的特征是冰川的活動，且在中高緯度地區冰川活動更為明顯。火星軌道傾角的變化對冰川的活動與分布會產生強烈的影響，當傾角較大時冰川將會從極區轉移到較低緯度并聚集積累。亞馬遜平原紀的火山作用主要集中于塔爾西斯和埃律西昂地區，火星表面的大型盾形火山最終形成，它們附近會形成較大面積的熔巖平原，亞馬遜紀也存在地表水的活動，如在塔爾西斯和埃律西昂區域盾狀火山的附近形成了外流河道。這一時期最為普遍出現的水流地貌為撞擊坑內壁上廣泛發育的沖溝，它們可能是由地下冰層融化釋放的液態水形成。

性質與特征

物理性質

基本性質

火星是太陽系中距離太陽第四遠的行星，屬于類地行星，也是距地球最近的一顆行星。火星距地最近時僅有0.55億千米，最遠時有4億千米。火星的平均直徑為6794千米，大約為地球直徑的一半。表面積約為1.45億平方千米，僅相當于地球上陸地的表面積。體積約為1630億立方千米，大約是地球體積的百分之十五。質量6.42×1023千克，僅為地球的百分之十。火星平均密度為3.93克/立方厘米，與地球內部地幔的平均密度相似，是類地行星中密度最小的。火星上的引力場比地球弱，表面的重力加速度為3.72米/秒2，大約是地球的百分之三十八。除了南北兩極的白色冰蓋，整個星球都被紅黃色的沙丘和礫石所覆蓋，屬于一顆沙漠行星。火星的大氣很稀薄，成分主要是二氧化碳、氮氣和氬氣，還有微量一氧化碳、水蒸汽和臭氧等，氧氣含量極低。因為大氣稀薄，所以平均氣壓僅為5.6毫帕，約為地球的千分之一。火星上的溫度變化范圍為27℃（300K）到-138℃（145K），全球表面年平均氣溫-63℃（210K）。火星的磁場較地球弱，表面的引力為3.693米/秒2。火星的最高亮度可達-2.9等，在八大行星中僅比木星、金星暗，因此在地球上晴朗的夜空中肉眼可見。

地表特性

地形地貌

火星表面地形具有二分性，南半球和北半球地貌差異較大，南部由較高的高原組成，而北部由較低的平原組成。南部的高原上分布著數量巨大的隕擊坑，包括火星上最大的隕擊坑赫拉斯（Hellas）和阿蓋爾（Argyre），而且地勢起伏不平；北部平原上的隕擊坑相對南部高原要少得多，大部分是熔巖，而且常常被風成堆積和泥石流物質所充填掩埋，因此地勢較為平坦。現在認為，火星南部半球較為古老，北部半球較為年輕。這是根據南部半球的隕擊坑的規模和數量都比北部半球要大和多得來的。火星表面有多種地貌：隕擊坑和盆地、大的盾形火山、峽谷系統和干涸的河床、崩塌地貌、兩極區冰蓋和沉積層、風成沙丘等。總體來說火星的地貌特征比月球和水星復雜，也有別于地球。火星上以一個與火星赤道呈30°轉軸傾角的大圓，可以將其表面分成南、北兩個半球。南半球年齡較老地勢較高，廣泛分布隕擊坑；北半球年齡較輕地勢較低，有廣泛的熔巖流、塌陷和兩個巨大的火山群。火星表面的最大高差近30千米，最低點為海拉斯盆地（高程為-8.2千米），最高點為奧林帕斯火山（高程為21.2千米）。火星上普遍存在的一種構造地貌是地塹，它們緊密或平行排列，或是長達數百千米的孤立臺地。塔西斯高原隆起是火星上全球尺度的大地貌，發育數千條大致徑向排列的斷裂體系長達幾百千米，寬度在一千米以上。

峽谷和河床

火星地形含有許多河床，類似于在地球上出現的樹枝狀河流系統。個別河段一般不長于50km，寬達1km，而整個樹枝狀系統可能長達1000km。隕石坑邊緣和火山有時被這些河道沖蝕。除了這些樹枝狀系統外，火星上還有其他河流作用特征，類似大的河床系統，或稱為“外流河床”(outflow channels)，起始于高原，低到北部平原。某些河床幾十千米寬，幾千米深，數百千米長。在外流河道中出現的淚滴狀“島嶼”表明，巨大的水流淹沒了平原。某些火星河床可能是由巖漿流動形成的。大多數河道的形態(樹枝狀或外流)表明，它們肯定是被水流切割了，即由流體的流動維持著。

小的火星隕石坑一般是碗形的，具有恒定的深度-直徑比。隨著直徑的增加(到8~10km左右)，形狀變得復雜，中心出現一個峰，深度-直徑比減小。

內部結構

火星的內部情況只是依靠它的表面情況資料和有關的大量數據來推斷的。火星的內部構造主要由火星殼、火星幔和火星核組成。火星殼位于火星結構的最外層，火星地殼的平均厚度范圍38～62 km，火星地殼厚度在南北半球呈現非常明顯的二分性，即南半球的地殼比北半球的地殼厚25 km或更厚。火星核位于火星結構最內層，其半徑約為1 500 km，是一個由鐵、成分構成的核。火星幔位于火星殼和火星核之間，其厚度或深度達2 000 km，靠近火星殼一端主要由橄欖石、輝石、石榴石等組成;靠近火星核一端主要由尖晶石、鎂鐵榴石等組成。

其他特性

大氣壓

火星表面的全球年平均氣壓約為6mbar。表面氣壓隨季節變化可達25%，從全球尺度講這主要是由于二氧化碳在極區的季節性凝結和升華過程引起的大氣總質量的變化造成的，而從局部看是由大氣一般環流的效應引起。火星的平均對流層大氣標高為10km，與地球的接近(8km)。而局地的氣壓顯著地依賴于地形，例如在火星的最高點(巨型火山奧林匹斯山)為平均海拔以上25km，而最低點(Hellas Planitia) 為海拔高度以下6km。

火星磁層

火星巖石圈磁場分布具有顯著的南北半球差異性，強磁場主要集中在南半球，火星南半球高地最強的磁化區域內的巖石形成于40億年前。有些地區表現出強弱磁場交替的條紋狀結構，與地球海底條紋狀磁異常相似。對于火星巖石圈磁場分布的解釋存在很大的爭議性。有研究認為這種磁場結構和海底擴張和偶極子場反轉有關，預示早期火星的動力學和演化過程。另外的研究則認為與褶皺和水化學交替、重復的巖脈侵入，和沉積巖層等地質過程有關。北半球較弱的巖石圈磁場可能是源于北半球低地形成過程中的退磁作用。這種退磁既有可能是火星核產生的巨型火幔柱結構引起的，也可能是近火星表面的低溫水化作用所引起。

火星的巖石圈磁場主要源于巖石的熱剩磁，由兩部分組成，一部分為火星殼上層巖石的熱剩磁，稱為原生剩磁，主要在火星早期獲得，此時火星還存在全球性的內稟磁場。另外一部分為火星殼下層巖石的熱剩磁，稱為次生剩磁，由上部火星殼磁化獲得，此時火星發電機過程已停止或減弱火星巖石圈磁場主要由火星殼上部的原生剩磁貢獻。火星巖石圈磁場主要由火星殼上部的原生剩磁貢獻。

火星塵暴

火星上另一個奇異特征便是每年都要刮起一次讓人難以想象的特大風暴，風速之大是無法形容的。地球上的大臺風，風速是每秒60多米，而火星上的風速竟高達每秒180多米。大風暴有時可以席卷整個星球。火星表面的塵暴，是火星大氣中獨有的現象，整個火星一年中有1／4的時間都籠罩在漫天飛舞的狂沙之中。由于火星土壤含鐵量甚高，導致火星塵暴染上了桔紅的色彩，空氣中充斥著紅色塵埃，從地球上看去，猶如一片桔紅色的云。

1971年，當美國的“水手9號”火星探測器剛剛走了一半的路程時，整個火星正被一場大塵暴所包圍。火星表面70～80千米的高空被塵埃籠罩，白茫茫的一片，根本無法觀測；除了赤道附近隱約見到4個坑洞外，其它地方模糊一片，什么也看不清。這場特大塵暴竟連續不斷地刮了半年時間才漸漸平息下來。這在地球上是從未有過的。原來大風沙時看到的4個坑洞，竟是4個高達25千米以上的大火山。最大的火山被命名為奧林匹斯火山，高26千米，直徑600千米，大約形成于近10億年內。位于赤道下方的是一個龐大的峽谷，也就是火星上最壯觀的特征之一“水手峽谷”大峽谷。著名的水手谷長4000千米，寬約300千米，最深處達7千米。火星上南北半球地質結構很不一樣，大火山、大峽谷等都在北半球。

火星極冠

在望遠鏡中，火星的兩極呈白色，氣溫都在冰點以下。這些冰域稱為極冠。近來科學家確認，極冠不是由水冰，而是由固態二氧化碳凝結形成的干冰。它的范圍隨季節有亮區和暗區的變化。火星極區一到冬季，由于氣溫下降，大氣中的二氧化碳開始凝結，使得極冠加大，顏色逐漸變淡，北極冠可擴大到北緯65°，南極冠可擴大至南緯57°。一到夏季冰雪融化，極冠的范圍也就縮小了，暗區就逐漸擴大和變暗。兩極的極冠分別延伸到北緯80°和南緯84°。

軌道性質

軌道

火星的軌道和太陽系的所有其他行星一樣是橢圓形的，但它的軌道形狀明顯比地球扁。衡量一個橢圓形狀的參數是偏心率，正圓的偏心率是0，偏心率越大，橢圓的形狀越扁。地球軌道的偏心率是0.0167，而火星軌道的偏心率是0.0934，在太陽系八大行星里排名第二（軌道最扁的是水星，偏心率達到0.2056）。它在近日點和遠日點與太陽的距離，差異可以達到4250萬㎞，而火星與地球之間的最小距離才只有5570萬㎞。

火星在軌道上的運行速度比地球慢，地球的前進速度平均29.78㎞/s，最快30.29㎞/s，而火星的前進速度是24.07㎞/s，最快26.50㎞/s。這顆行星的公轉周期（恒星年）是686.98個地球日；火星兩次經過它自己的“春分點”，也就是火星軌道平面與火星赤道面升交點的時間間隔是686.973個地球日，這是火星上的“回歸年”。每779.94天，火星-地球-太陽三者之間的位置重現一次，這是火星的“會合周期”。

從地球軌道到火星軌道之間的距離，與更遠的木星軌道相比，相差將近10倍。火星是距離地球最近的外行星，但并不是太陽系里離地球最近的行星。火星與地球軌道半徑的差距，大約是金星的1.89倍。單從軌道形狀、軌道距離和行星大小來說，金星與地球更為接近。火星的自轉與地球相似。

自轉

火星的自轉周期是24小時37分22秒，這是火星上的一個“恒星日”，也就是同一顆恒星連續兩次在星空中升到最高處的時間之差。而火星上的“一天”，也就是一個“太陽日”，指的是太陽連續兩次在星空中升到最高處的時間之差，比恒星日稍長，平均為24小時39分35秒。

和地球一樣，火星也是傾斜著身子自轉的，它的自轉軸與它自己的公轉軌道面有一個25.19°的夾角。因此，火星夜空中的北天極在天鵝座天區，但北天極附近沒有可以充當北極星的亮星。與地球相似的自轉轉軸傾角也意味著它與地球一樣有著四季的變化。不過，由于火星的軌道比地球扁，四季的長度差異十分明顯。其中，火星北半球的春夏季比秋冬季長三分之一左右。

衛星

火星有兩個天然衛星：火衛一和火衛二，火衛一（Phobos）呈土豆形狀，它是火星的兩顆衛星中較大也是離火星較近的一顆。火衛二（Deimos）較小而且是靠外側的一顆衛星。兩顆衛星的形狀不規則，可能都是捕獲的小行星。這兩顆衛星都是由美國天文學家阿薩夫·霍爾1877年在美國海軍天文臺發現的，它們的名字均取自于古希臘神話中戰神瑪爾斯的兒子。兩顆衛星幾乎都有正圓形軌道，位于火星的赤道平面上，其旋轉軸均正交于該平面。

火衛一

火衛一是一個平均直徑為22千米的三軸橢球體，其公轉半徑為9378千米，它距火星表面只有6000千米。火衛一是太陽系天體中反照率最低的天體之一，反照率只有0.071，與D類小行星類似，成分與碳質球粒隕石相似。近幾十年的觀察表明，火衛一的軌道速度由于潮汐的拽引，正在緩慢地增加，因此，火衛一正在變得靠近火星。計算結果表明，按目前的加速度，它將在大約1億年內要么墜入火星大氣層，落到火星表面，要么破碎形成火星環。

火衛二

火衛二的直徑只有8千米，還不及火衛一明亮，但因它離火星較遠，便于觀測。它與火星中心的距離是火星直徑的6.9倍，約合2.34萬千米。它的公轉周期是30時18分，比火星的自轉周期稍長一些。火衛二在火星的天穹上運行，和火衛一的方向相反，像太陽和恒星一樣出于東而沒于西，但在火星的天空中運行很緩慢，它在火星上一定地方的地平線上停留64個小時(火星時)之久。

觀測與探測

觀測

早期的觀察

十六世紀末期，丹麥天文學家第谷·布拉赫（Tycho Brah）近20年的裸視火星的觀測數據開始，其位置數據已經約可精準到4個角分。

十七世紀初意大利天文學家伽利略·伽利萊發明望遠鏡之后，便利用望遠鏡打開了天文之窗。天文學家們陸續的從望遠鏡中觀測火星獲得重大的發現。1659年荷蘭的天文學家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）自觀測中估算到火星有自轉的現象，周期接近24小時，其后于1666年意大利天文學家卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）亦發現到這種現象并正式對外發表，并在火星描繪的圖中有疑似有極冠（極冠）的記錄。1672年惠更斯亦明顯的繪出在火星南極的極冠，證實了極冠的存在；1777年英國天文學家赫歇爾（William Herschel），從反射鏡的觀測中發現火星的自轉軸跟公轉軌道面有近30度的傾斜角（實際上為約25.19度）；1809年法國的天文學家奧諾雷·弗洛熱爾格（Honore Flaugergues）觀測到火星上有黃色云系，其后經證實為火星地表的塵暴現象（灰塵暴風雨），并且也在1813年注意到火星的極冠的大小有季節性的變化。

1877年，任職于美國海軍天文臺的海爾（Asaph大廳）于火星大接近時發現了火星的兩顆衛星，其后分別將其命名為何博斯（火衛一）及戴茂斯（火衛二）。同年秋天，意大利天文學家斯基帕雷利（Giovanni Virginio Schiaparelli）運用8.6Merz折射鏡觀測火星時，宣稱發現火星上有類似“運河”的網狀條紋，此“運河說”在當時引起了很大的爭議！后來還造成美國羅威爾（Percival Lowell）倡導“火星人理論”（火星人理論）的謬論。

火星運河

1877年火星大沖期間，意大利天文學家夏帕雷利觀測到火星表面有很多交錯的網狀結構，他認為這是水道，并在論文中用canali表示這種結構，翻譯成英文時被進一步引申誤會成運河。運河是無可爭議的人造工程。

火星運河并非只是在天文學家小眾圈子里，大量民間科學家也蜂擁而至，宣布發現火星運河。同時出現了一個重量級的推波助瀾者——洛韋爾。洛韋爾憑借家族財力，在亞利桑那州建立了一個大型的私人天文臺，拍攝了數以千計的火星照片，繪制了火星運河地圖，進一步推動了火星運河之爭。

隨著人類進入航天時代，1972年9月，水手9號探測器進入火星軌道，它拍攝的火星照片顯示了高山、峽谷和隕石坑等地形，也終結了火星運河之爭。雖然火星生物是否存在還有很大的不確定性，但火星人肯定沒有的。

探測

蘇聯火星探索

火星探測經歷了3個階段：飛越、環繞火星飛行和在火星上著陸。從1960年蘇聯就開始對火星發射探測器，但多次發射探測器失敗。1971年2月8日，蘇聯的“火星3號”探測器發射升空，其登陸艙同年12月在火星上軟著陸。

2011年11月8日，發射俄羅斯“福布斯-土壤”（Phobos-Grunt）火星探測器在哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射場搭乘俄“天頂-2SB”運載火箭發射升空。據悉，“福布斯-土壤”探測器需要經過長途飛行進入火星軌道，而后在火衛一著陸，進行土壤取樣并返回地球，該探測器上還搭載有中國首顆火星探測器“螢火一號”，出現意外未能按計劃變軌。

美國火星探索

美國的“火星探路者”代表了火星探測的重要階段，主要目的是讓有輪子的火星車（索杰納號）在地面工作人員的遙控下在火星上行駛，以實現對火星較大范圍的移動考察。索杰納火星探測車于1997年7月4日在火星上名為“戰神谷”的地區著陸，7月6日凌晨1時40分，索杰納駛下探測器的坡道，踏上火星表面。這是人類的車輛首次在火星大地上行駛。數小時后開始傳回火星表面彩色圖像。1997年9月27日，索杰納與地面失去聯系。它在火星上移動了大約100m，傳回16500幅照片，取得了火星巖石、土壤和火星大氣等方面許多重要科學成果。

1996年11月7日，美國發射了“火星全球勘探者”（MGS），于1997年9月11日到達火星，1998年3月中旬開始繪制火星圖形，該衛星獲得了大量火星地貌、氣候等資料。2006年11月結束探測使命。2003年6月10日和7月8日，美國發射了火星漫游者“勇氣號火星探測器”與“機遇號火星探測器”，分別于2004年1月4日和1月25日到達火星，繪制火星表面化學元素和礦物的分布圖形，尋找火星的水源。2005年8月12日，美國發射了火星勘察軌道器，2006年3月10日進入環火星軌道。2007年8月4日，美國發射了“鳳凰”號火星極區著陸器，2008年5月25日到達火星，2008年11月10日結束運行。

2011年11月26日，發射核動力天問一號“好奇”號搭乘一枚“阿特拉斯-5”型火箭，在美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地升空。主要使命在于探明火星過去或現在是否存在適合生命生存的環境。2013年11月18日美國航空航天局（NASA）的“火星大氣與揮發演化”（MAVEN）探測器升空，以研究這顆火星上的上層大氣，尋找火星失去昔日溫暖與水分的線索。2018年5月5日美國“洞察”號火星無人著陸探測器從加利福尼亞州中部發射升空，其主要任務是將一個裝載有地震儀及熱流偵測器的固定式登陸載具發射到火星表面，從而研究火星早期的地質演變。2020年7月30日，毅力號火星探測車+機智號探測直升機發射成功，2021年2月18日成功登陸火星。毅力號火星車+機智號探測直升機，前者是美國航空航天局裝備最先進的火星車，后者是全世界首架行星探測直升機，由此開創「火星探測車+探測直升機」全方位、立體化的全新行星探測模式。

其他國家火星探索

2003年6月2日，歐洲航天局發射了“火星快車號”，同樣將探測火星是否有水作為重要目標。2013年11月，曼加里安號火星軌道探測器發射成功。曼加里安號火星軌道探測器是印度太空研究組織研發無人駕駛的軌道飛行器。其主要任務是試圖找到和獲取火星環境中的甲烷，以便研究火星環境是否有存在生命的可能，同時希望通過探測火星大氣構成，測定火星大氣逃逸臨界速度。阿拉伯聯合酋長國希望號火星探測器于2020年7月發射升空，于2021年3月進入科學軌道，隨后開始為期兩年的數據收集工作。中國天問一號2020年7月23日成功發射，2021年5月15日上午8點20分左右，中國天問一號著陸器確認成功降落火星，著陸地點位于火星北半球的烏托邦平原，著陸器上搭載的是中國“祝融”號首輛火星探測車。

探測器

火星奇觀

火星大沖

火星大沖又名“火星沖日”，是指太陽、地球、火星依次排列在一條直線上時發生的天文現象。沖日前后太陽落山，火星即從東方升起，整夜可見。沖日前后，是火星一年中離地球最近、最明亮、最適合觀測的時段。

火星合月

2016年12月05日火星合月，具體是指火星與月亮在同一經度，火星距月亮很近。“合月”是廣義上的稱謂，即月亮正好運行到和一顆星的經度相同時，天文現象在我國古代被稱為“熒惑守月”。

三星一線

2016年8月24日將出現罕見的三星一線天文現象。土星、距離地球最近的外行星火星和天蝎座最亮恒星“心宿二”，三者依次連成一條直線。上一次出現在1986年2月17日。

星星相吸

2024年7月15日和16日凌晨，火星與天王星極近，上演“星星相吸”。火星與天王星從東北方天空升起后，是我國公眾觀測的最佳時機。15日凌晨，二者相距約45角秒，16日凌晨更近一些，約34角秒。

火星沖日

2024年12月8日，火星由順行改為逆行，這意味著火星開始進入最佳觀測期，距離沖日不遠了。由于地球和其他行星圍繞太陽公轉的運行速度和相對位置都不同，從地球上看，行星在天空中的視運動相對于背景恒星而言，有時會順行（自西向東），有時還會逆行（自東向西）。本次逆行期間，火星開始的亮度約為-0.7等，之后亮度逐漸增加，在2025年1月16日沖日前后，可達-1.5等，然后開始逐漸變暗。

生命研究

關于火星上是否存在“生命證據”，許多科學家爭論不休。2003年《科學》雜志有文章指出30多年前科學家們提出的火星大氣模式存在著明顯的錯誤。研究表明，火星上的永久極冰帶大部分是水結成的冰，而不是以前所認為的二氧化碳。2004年“勇氣號火星探測器”（Spirit）和“機遇號火星探測器”（Opportunity）火星探測車在火星表面找到水可能曾長時間存在的證據，這一發現引發了科學家們對火星更大的探索熱情。2013年1月新墨西哥大學（University of New Mexico）的研究人員指出21億年前火星隕石曾飽含水分。

2012年以來，美國航空航天局（NASA）的“好奇”號是第一輛探索這種古老遺跡的火星車，它已探測到了簡單有機化合物的存在，這些分子通過地質和生物過程形成。

2014年12月1日，中國科學院地質與地球物理研究所研究員林楊挺作為第1作者在《隕石學與行星科學》發表文章稱:其研究團隊在Tissint火星隕石中發現碳顆粒，證明該碳顆粒是有機物質，并且認為這種有機物質極有可能是生物形成的。

2014年12月16日，美國航空航天局(NASA)在美國物理聯合會上宣布一項重大發現，好奇號火星探測器在火星大氣中探測到7 ppm左右的微量甲烷，并于火星巖石的鉆孔樣本中發現多種有機化合物。該成果隨后發表于Science雜志。

2015年9月，美國航空航天局從火星勘測軌道飛行器（Mars Recon‐naissance Orbiter,MRO）獲取的圖像中指出，在火星隕石坑內和山坡上，均發現了有相當長度的“季節性斜坡紋線”，而其是鹽水在火星表面流動形成的，表明火星表面可能存在生命。但是NASA的研究還指出，太陽風是導致火星大氣層和水消失的原因，探測結果也表明，形成之后不久，這顆星球上出現生命的機會便已不復存在，火星表面可能從未存在過生命。盡管在火星表面沒有發現任何生命活動的跡象，但是歷屆探測任務表明火星表面存在海洋盆地等接近地球表面環境的獨特地形，科學家仍然相信火星表面以前存在過生命活動，因此火星表面有機化合物質探測和尋找生命跡象的任務一直是熱點問題。

2025年2月，據《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）發表的研究數據，研究人員通過對中國“祝融號”火星車傳回的火星地下成像數據進行分析，發現了埋藏的沙灘遺跡。這些來自火星北部低地的數據與地球上的類似探地雷達數據極為相似。火星地下物質呈現出向低地傾斜的結構，這表明該地區曾是一片海洋。這一發現不僅為火星的地質歷史提供了新的視角，也為未來的火星探測任務提供了新的方向，特別是在尋找火星古代生命跡象方面。

當地時間2025年9月10日，美國航空航天局稱“毅力”號火星探測車于2024年7月21日在火星耶澤羅隕石坑附近采集到一塊帶有“豹紋”的紅色巖芯樣本，該樣本被命名為“藍寶石峽谷”。經過一年的研究，科學家認為，“該樣本可能是在火星上發現的最明顯的潛在生命跡象證據”。該項目首席研究員、紐約州立大學石溪分校教授胡洛維茨(Joel Hurowitz)表示，“還不能說這是火星生命的證據，只能說微生物生命是可能的解釋之一，但也存在其他可能”。

2026年1月6日，中國科學院地質與地球物理研究所稱，通過分析祝融號火星車獲取的高頻雷達數據，來自該所等單位的科研人員發現，火星表層在約7.5億年前仍存在顯著水體活動。這將火星含水的歷史向后推延了數億年，為重新認識火星氣候演化、地質過程及其潛在生命宜居性提供了新證據。相關研究成果發表于《國家科學評論》雜志。

學術研究

氣輝高光譜分辨輻射傳輸特性研究

2023年煙臺大學物理與電子信息學院、中國科學院國家空間科學中心、中國科學院精密測量科學與技術創新研究院、中國科學院西安光學精密機械研共同研究關于火星O2(a1Δg)氣輝高光譜分辨輻射傳輸特性研究。

火星探測器主要依靠巡航飛行器上搭載的被動光學設備探測火星大氣中氣輝、風、溫、密、壓等大氣參數信息(Ward et al， 2003；Zhang et al， 2017)。作為大氣光化學反應過程的產物，氣輝是研究火星大氣的很好的示蹤物，其分布和變化過程蘊含著火星大氣多種參數信息(Muňoz et al， 2005；Gagné et al， 2012)。

1.27μm波段的氧氣分子近紅外氣輝是火星最重要的大氣氣輝輻射之一，它是由氧氣分子第一激發態O2(a1Δg)到基態O2(X3∑-g)的躍遷產生的.在電子態躍遷過程中，伴隨著振動態和轉動態的躍遷，該過程使得氧氣分子近紅外氣輝成為包含約150條輻射線的光譜帶(Krasnopolsky， 2013；He et al， 2019)。在火星大氣的諸多氣輝輻射譜線中，其輻射強度最強，高度覆蓋范圍最廣，極易被近紅外光譜儀捕捉觀察，同時涉及許多重要光化學反應(Wu et al， 2018)。因此，建立該氣輝高光譜分辨輻射傳輸模型極具科學價值與工程意義。

火星物質研究

對于火星上有機物質起源的解釋包括多種假說，如水—巖相互作用，來自行星際塵埃或流星的沉積，當然生物起源假說也未被排除。進一步理解火星有機化合物質或能為碳源可用性提供啟示，亦可幫助搜尋潛在的生物特征。“宜居環境有機物和物質拉曼和熒光掃描”（SHERLOC）探測儀是首個能對火星上有機分子礦物進行精細尺度制圖和分析的工具。“毅力號”火星車搭載著SHERLOC在耶澤羅隕擊坑著陸，這里曾是一片古代湖泊流域，歷史上宜居的可能性很大。加州理工學院團隊研究了SHERLOC對耶澤羅隕擊坑底地層的分析結果。SHERLOC在耶澤羅隕擊坑底的既定10個目標中都探測到了有機化合物的信號，這些有機分子顯示出每個地層可能獨有的多樣性礦物質關聯和空間分布。

觀測結果的多樣性或意味著有機物質起源的不同方式：可能通過水的沉積，也可能通過與火山物質的作用合成。研究發現表明，火星表面可能存在不同的有機物合成和保存機制，含水過程可能在這些機制中起到了關鍵作用。

現環境研究

過去人們認為火星是一顆類似地球的行星，有著四季的更替，它的兩極被冰覆蓋并相應作著周期的變化。冰雪的存在證明了水份的存在，也就是生命存在的前提。有人還曾提出火星上面的暗區可能是植物帶。因此，火星生命之謎深深地吸引著人們。為了探索火星的秘密，近30年來己有20余只探測器對火星作過科學探測，其中主要是美國的水手9號、海盜1號和海盜2號。這些探測器拍了數千張照片。每個探測器都能自動地從火星上采集土壤樣品進行實驗，并將實驗結果傳回地球。實驗結果表明：火星上沒有江河湖海，土壤中也沒有植物、動物或微生物的任何痕跡，更沒有“火星人”等智慧生命存在。

1996年12月美國科學家宣布：1984年在南極洲發現的ALH84001 石隕石來自火星。研究其巖石成分發現，這些隕石可能含有原始生命的微化石。這表明幾十億年前的火星很可能相當溫暖潮濕，適合生命的存在與維持。

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