火星
——地球的姐妹

欧阳自远

名不副实的“火”星

夜晚观看星空，一颗微带红色荧光的星星在苍穹缓缓移动，这就是火星。先秦时期，古人称它为“荧惑”，金、木、水、火、土五行学说流行之后，又称为“火星”。古代苏美尔人称火星为奈格尔（Nergal），即战争与死亡之神；希腊人以战神阿瑞斯（Ares）、古罗马人以战神马尔斯（Mars）为之命名。古今中外对火星的称谓总是跟战争、死亡、血腥与恐怖联系在一起，甚至连火星的两颗小卫星福波斯（Phobos）和德莫斯（Deimos）的名称也分别含有战栗和恐怖之意。

其实，火星之所以呈现出红色是因为火星的表土内含有红色的氧化铁。火星并不“火”，而是一颗极其寒冷的行星。火星也不像地球那样，有复杂的构造以及频繁的岩浆、火山、地震和板块活动，火星是一颗老态龙钟、稳定安详的行星。

火星的探测历程

航天技术的应用是行星研究的一个分水岭。在这之前只能在地球上远远地观测火星，而现在则可以由航天飞船把仪器带到火星周围或在火星上登陆进行探测。

几个世纪以来，人们一直通过望远镜观察火星的各种表面形态和大气变化，但仍远远不能满足对火星地形地貌的探测要求。火星是迄今为止除地球以外被人类研究程度最高的行星。

1962 年 11 月，苏联发射的“火星 1 号”探测器在飞离地球 1 亿千米时与地面失去联系，从此下落不明，它被看成是火星探测的开始。对火星的成功探测始于 1965 年 7 月 15 日，那天美国“水手 4 号”探测器飞越火星并发回 22 张火星近距离照片，照片上显示火星表面布满了撞击坑，也证实了火星的大气圈很稀薄。1969 年美国又向火星发射了“水手6 号”和“水手7 号”探测器，它们发回的照片再次证明火星的表面存在大量撞击坑。直到 1971 年，“水手 9 号”发回了约 7300 张照片，才完全揭示了火星表面地形地貌的细节。苏联也于 1971 年 5 月向火星发射了“火星 2 号”和“火星 3 号”探测器，1973 年发射了两艘火星轨道探测器和两艘火星着陆器，其中一艘轨道探测器发回了约 70 张火星照片。

美国分别于 1975 年 8 月 20 日和 9 月 9 日向火星发射了“海盗 1 号”和“海盗 2 号”着陆器，主要目的是探测火星是否存在生命，并在火星上放置了地震仪和气候监测系统。虽然没有检测到生命活动的证据，但火星着陆器发回了大量有关火星地质、土壤和大气化学、气候条件、地震活动等的科学数据。1996 年 11 月，美国“火星环球观测者”探测器发射升空，并于 1997 年进入环火星轨道。1996 年 12 月，携带“旅居者号”火星车的美国“火星探路者号”探测器发射升空，并于 1997 年 7 月4日在火星阿瑞斯平原着陆，对该区域的地形地貌、土壤成分进行探测。2001 年 4 月，美国发射“奥德赛号”火星探测器。2003 年 6 月 2 日，欧空局“火星快车号”探测器发射升空，它携带的“猎兔犬 2 号”登陆器预定于 2003 年 12 月 25 日凌晨登陆火星，但联络失败。2003 年 6 月 10日和 2003 年 7 月 7 日，“勇气号”与“机遇号”发射升空，软着陆成功后进行了人类有史以来首次对火星的精细探测。

在火星探测的历程中，人类已迈出了很大的一步，在这一领域，中国近些年也取得了较大成就。

地球的姐妹

地球和火星是太阳系中最亲密的姐妹，火星在很多方面与地球相像。在太阳系的八大行星中，按照距离太阳由近而远的顺序，她们分别排列在第三位和第四位。地球与火星都围绕自转轴旋转，这样就产生了昼夜，火星一昼夜的长度为 24.6 小时，两者的自转轴的倾角很接近，且都围绕太阳公转，因而都有春夏秋冬四季和五条气候带。火星一年有668.61“火星天”，相当于地球的 687 天。火星的表面广泛分布着戈壁、沙漠、干涸的河网体系、海盆地、湖泊，以及高山峻岭和大峡谷。火星表面留有水的侵蚀、风化、沉积和成岩作用的遗迹。风的吹扬、搬运、风化和堆积作用是火星表面重要的地质作用。

火星的体积比地球小，平均直径 6780 千米，是地球的 53%。火星的质量为 6.4219×10 ²³ 千克，仅为地球质量的 11%，火星表面的重力只有地球的 38%，因而捕俘的大气比地球稀薄，表面大气压为 600—1000 帕，相当于地球上空 35 千米高处的大气压。火星的气候随季节变化，极地都有冰雪覆盖，冰盖面积冬季扩大、夏季缩小。火星的平均密度为 3.933克/厘米 ³ ，表明火星不像地球那样有一个铁镍金属的内核，而可能是硫化铁的内核。

火星大气的主要成分是二氧化碳。覆盖极冠的主要是由二氧化碳凝结成的干冰。

火星与地球之间的主要差别是：地球表面的地质作用主要是板块构造，控制了陆地的分布、山链的形成、火山和地震活动的位置，而火星的地壳是固定的，缺乏板块运动；地球上有大量液态水，而火星表面是干涸的。

火星的表面环境

火星离太阳比地球远，火星表面的气温很低，年平均气温零下 33 摄氏度，夏季平均气温 17—22 摄氏度，冬季平均气温零下 123—133 摄氏度，日温差超过 100 摄氏度。火星大气层的主要组成包括：二氧化碳（CO ₂ ） 95.3%，氮（N ₂ ）2.7%，氩（Ar）1.6%，氧（O ₂ ）0.6%，其他还有水蒸气和氦等稀有气体。火星表面温度及气压快速波动，在几分钟内表面温度变化可达 20 摄氏度，气压变化也同样明显；火星上的大气运动主要有大气循环、台风与尘暴三种形式。

火星北半球是一个很大的海洋盆地，但没有一滴水；南半球有很多高山，长期被各种小天体撞击，布满了大大小小的撞击坑。火星表面最高点为奥林匹克山（Olympus Mons），属于巨型火山盾，直径 600 千米，高 27 千米，是太阳系各行星上最高的山峰，也是迄今发现的太阳系最大的火山结构。水手谷（Valles Marineris）是迄今发现的太阳系最深、最大的峡谷系统，长达 4000 千米，深 5—10 千米。

地球上生命的存在与水的存在息息相关。在地球以外的天体上寻找水或寻找曾经存在过水的证据有格外重要的意义。

火星上确实有很多干涸的河网，和地球上水系的形态很相似；火星上曾经有过水的活动，但什么时候出现的水？有多少水？这些水是否伴随有生命的活动？这些水现在都到哪里去了？这些问题目前都不清楚。

火星的磁场

月球基本上没有磁场，地球存在全球性偶极子磁场，而火星现在没有全球性偶极子磁场，只有众多的区域性磁场，称为多极子弱磁场。

偶极子磁场：有两极的磁场。

行星由于内部有全球性带电流体的流动而产生全球性偶极子磁场；而众多的区域性带电流体的流动，则产生众多的区域性磁场；内部如果固化，全球性磁场就会消失。月球在 31 亿年前内部已经固化，全球性偶极子磁场早已消失；火星内部已固化到只余下一些区域性带电流体的流动，形成多极子弱磁场；地球的内部活动性很强，保持了全球性偶极子磁场。为什么月球、地球和火星的磁场存在差异呢？这是因为行星质量愈小，内部愈早固化，愈早终结演化。由此看来，行星磁场的演化途径是由偶极子磁场演变到多极子弱磁场，再演变到磁场消失。

火星生命的探索

月球上没有生命，连任何有机化合物都没有。火星上也没发现任何形式生命活动的证据，但可能曾经存在过生命。因为 1984 年在地球南极的阿伦丘陵山地找到了一块火星上掉下来的石头——编号为 84001 的火星陨石。科学家把这块陨石切开，在电子显微镜下看到了很多细菌大小的特殊结构，于是宣布他们在火星上发现了古代细菌的化石。全世界的科学家对这块火星陨石进行了全面精细的研究，至今仍然没有结论。因为这块保存了古代细菌化石的石头是 36 亿年前形成的；在 1600 万年前一个小天体撞击火星时将它抛出火星，在太阳系空间运行；在 1.3 万年前降落在地球的南极地区，被冰雪保存下来，于 1984 年被科学家发现。如果真是细菌的化石，说明在 36 亿年以前，火星可能曾经存在过细菌水平的生命，而当时地球上的生命也是细菌的水平。有人猜测，既然火星陨石可以携带火星生命降落在地球上，在地球上繁衍，因此地球上的生命，甚至人类可能都是火星生命的后代；也有人猜测，地球上的石头也可以掉到火星上。因此，也有可能火星上的细菌是从地球带去的；甚至也有可能地球和火星各自都有能力形成生命，但是由于火星的条件没有地球好，所以火星生命得不到繁衍而中断了，而地球因为有了适宜生命繁衍和演化的条件，繁衍出了生机勃勃的生物圈和高度智慧的人类。

“勇气号”与“机遇号”的探测结果再次证实火星表面有过水体的活动，为探索火星可能曾经发育过生命提供了线索，但火星表面的水体是何时消失的？怎样消失的？什么时候有过水体的活动？水体活动的特点与规律是什么？现在火星的水体埋藏在何处？这些问题都需要进行长期的探测与研究。火星生命的探测任重道远。

有史以来，人类在不断地拓展生存与发展的空间，这是人类社会的经济与科学技术发展的持续需求，也是人类永无止境的探索精神的体现。在人类对太阳系的长期探测与认识中，火星将是人类拓展生存与发展空间、建设地外新家园的最佳选择。人类将通过不懈的努力与追求，逐步改造火星的环境，使其适应人类的生存与发展。展望未来，地球与火星将共同携手，为创建人类更辉煌与昌盛的文明，建设更美好的家园，交相辉映，共同发展。

将火星环境地球化以适于人类居住将会是一个极其巨大的工程。但是，在火星上用防护设施在小块土地上创造人群居所则是可以想象的选择。