火星是太阳系九大行星之一，按离太阳由近到远的顺序，火星排在地球的后面，列为第四。它的平均直径为6790公里，约为地球直径的一半。它的密度也比地球小，为3.933克/立方厘米（地球为5.52克/立方厘米）。火星与太阳的平均距离为228000000公里，环绕太阳一圈约相当于地球上的687天。火星上的一天相当于地球上的24小时37分22.6秒，比地球的一天稍长一点儿。火星有两个小卫星：火卫一和火卫二。火星的自转轴同地球一样，也是倾斜的，同时因为它也具有大气，所以也和地球一样有四季节变化。火星表面的平均大气温度为零下23摄氏度。火星没有可检测出的磁场，连同它密度小的情况，可以认定它没有大型的金属内核。火星有稀薄的大气，其表面的大气压为7.5毫巴，相当于地球上30～40公里高度处的大气压。火星大气的主要成分（约95％）是二氧化碳，有约 3％的氮，1～2％的氩，合起来约为0.1％的一氧化碳和氧,还有极少量的臭氧和氢，水汽的数量很少，随季节和位置而变化，平均约为大气总量的0.01％。如果火星大气中的水全部凝聚，也只能形成0.01％毫米厚的水膜覆盖整个火星表面。和地球上相似,火星大气中也飘浮着云,但和地球上不同的是,火星大气中云的主要成分是二氧化碳和水。火星极区的冬季，大气温度低于二氧化碳的凝固点，因而形成覆盖极区的浓雾状的干冰云。经测定，极区的云中也有冰的成分。中纬度地区的冬季，温度也在冰点以下，水汽凝结，形成冰云。 由于火星轨道的偏心率较大，火星的近日距和远日距相差4200万公里。这就造成了火星同地球的距离有较大变化。火星与地球的距离同发生冲日的月份有关。最小距离是在 8月底，在这前后发生的冲叫作近日点冲或大冲，此时火星同地球的距离只有 5,600万公里左右。火星在轨道上运行一圈约687天，地球平均要经过780天（最少764天，最多806天左右）才与火星相冲一次。这样，相冲的点约16年在轨道上转一圈。这就是说，火星大冲大约每15年或17年发生一次。上一次火星大冲发生在1986年 7月10日。今年火星冲日发生在北京时间8月29日2时，火星与地球距离最近的时刻是8月27日18时。届时火星距离地球55758005公里，是5万多年以来最近的一次。
在望远镜中，火星呈现为一个明亮而模糊的微红色圆面。最引人注目的是，覆盖在两极地区的白色极冠，其大小随火星季节而变化。在较大的望远镜中，还可以观测到线度至少几百公里的明亮或黑暗区域：明亮而呈桔黄色的区域称为“大陆”，几乎占火星总面积的六分之五；黑暗区域称为“海洋”，其颜色常随季节变化。
火星南北半球之间有着令人惊异的不同。就火星的地质史来说,南半部比较古老,表面崎岖而密布环形山。这些环形山估计多半是在火星历史的早期（可能是最初的十亿年）形成的；北半部则以大的火山熔岩平原为特征，这些熔岩平原很象月球上的“海”，其中还有一些死火山。北半部地势普遍比南半部低，环形山也比南半部少得多。火星表面的高低差别一般在 5～10公里左右。火星的沙漠部分被红色的硅酸盐、赤铁矿等铁的氧化物以及其他金属的化合物所覆盖，因而显出明亮的橙红色。这些覆盖物均为较年轻的物质，可能源于火山或风化。
火星表面上的地理特征，主要有：环形山和火山。 和月面相比，火星上环形山的数量要少得多，环形山边缘坡度平缓（坡度都小于10°),不象月面环形山能投射出尖尖的影子，这表明环形山曾受到严重的侵蚀。环形山可以分为两种：火山成因的环形山和陨石撞击而成的环形山。以地球表面的标准来看，火星表面的许多表面结构都算是巨型的。如火星上巨大的盾形火山比地球上的大得多。地球上夏威夷的冒纳罗亚和莫纳克亚两座火山加在一起直径约200公里，高出洋底9公里，而火星上最大的奥林匹斯火山直径约为550公里，高出周围地面27公里之多。还有类似这样的大型火山，位于长达2000公里的塔西斯高地，这一地区比周围的北半球平原高出10公里。火星的盾形火山在形状和结构上酷似夏威夷的盾形火山。这些破火山口一度曾是熔岩的出口。熔岩沿着火山侧面流下，形成从中心向四面延伸的呈辐射状的地形。许多直径 100公里左右的处于不同保存状态的火山,它们分散在火星表面,大部分在北半球。至于由陨石撞击形成的环形山，最大的是海纳斯盆地，宽达1,600公里，深至少4公里。南半球有些地区环形山密度同月球上明亮的高地环形山区差不多，推测它们形成的年代也差不多，为40～45亿年。这些地区仍保留着古老的地表。北半球的大多数地区由于熔岩流的不断覆盖，古老的地表已不复存在。平原上的少数环形山是平原形成以后受陨石撞击的记录。
火星表面上最引人注目的特征是位于赤道地区的巨大的峡谷。最大的一个是位于赤道以南的水手谷，它实际上是一系列峡谷，在赤道地区延伸 4000多公里，比周围地面低6公里。峡谷壁通常十分陡峭,有明显的边界,并显示出陷落和山崩活动的迹象。一些错综复杂的较小的峡谷可能是地下冰融解和蒸发期间形成的，也可能是由风或水的侵蚀造成。较大峡谷的成因至今还不知道。
现在的火星是一个荒凉的世界，表面不存在液态水，但在火星表面有一些宽阔而弯曲的河床。这些河床与轰动一时的“运河”完全是两回事。这些干涸的河床，最长的约1,500公里,宽达60公里或更多。主要的大河床分布在赤道地区。卫星图片显示，大河床和它的支流系统结合，形成脉络分明的水道系统。同时具有呈泪滴状的岛、沙洲和辫形花纹。支流几乎全都朝着下坡方向流去。这些河床同地球和月球上的熔岩河床不同，肯定是由比熔岩流更少粘滞性的液体造成的。这种液体估计就是水。今天的火星表面温度很低，大部分水作为地下冰保存下来，还有一部分被禁锢在永久的极冠之中。极稀薄的大气，使得冰在温度足够高时只能直接升华为水汽。自由流动的水看来是无法存在的。有人认为，在火星历史的早期，频繁的火山活动排出大量氨和甲烷等火山气体，这种浓厚的原始大气会产生很强的温室效应，从而使火星表面温暖起来，造成有水在河里流动的条件。后来火山活动减少，火山气体逐渐分解，其中的轻元素原子逃逸到星际空间，重元素原子同其他成分结合，火星大气变得稀薄、干燥、寒冷，火星表面就成为现在所看到的样子。也有人认为，在火星历史的早期，自转轴的倾斜度比现在更大，因而两极的极冠融化，大量二氧化碳进入大气，大量的水蒸发并凝成雨滴在赤道地区落下,形成河流。至于有些大的河床,估计是火山活动和地热融化了地下冰，出现大量的水冲刷火星表面而形成的。除此以外，还有许多明显为水冲刷的沟壑似乎也证明火星至少以前有过水。
火 星 的 气 候
火星表面的平均温度比地球低30摄氏度以上。火星稀薄而干燥的大气使它表面的昼夜温差常常超过100摄氏度,远大于地球上昼夜温差的幅度。火星的赤道附近，最高温度可达20摄氏度左右(约在午后一小时)。到了夜间，由于火星大气保暖作用很差，表面温度很快下降，最低温度（在黎明前）在零下80摄氏度以下。火星两极地区温度更低，在漫长的极夜最低温度能降到零下139摄氏度。
在一些大的盾形火山附近，常常能观测到延伸几百公里的云。估计这是由于火星大气中的气流遇到高耸的环形山地形时被搅乱、上升，在膨胀时变冷所形成的凝固云。这种云都出现在大气中水蒸气增多的夏季。尘暴是火星大气中独有的现象，其形状就像一种黄色的“云”。它是由火星低层大气中卷着尘粒的风构成的。大的尘暴在地面上用较大的望远镜就能观测到。局部的尘暴在火星上经常出现。因为火星大气密度不到地球的1％,风速必须大于每秒40～50米才能使表面上的尘粒移动，但一经吹动之后，即使风速较小，也能将尘粒带到高空。典型的尘暴中绝大部分尘粒估计直径约为10微米。最小的尘粒会被风带到50公里高空。大的尘暴多半发生在南半球的春末，当火星靠近近日点的时候。尘暴的发源地处在太阳直射的纬度线上，经常发生在海纳斯盆地以西几百公里的诺阿奇斯地区。中心尘云在最初几天慢慢扩展,然后很快蔓延开来,几星期内就完全覆盖南半球。特别大的尘暴还能扩展到北半球，进而掩盖整个行星。尘暴的起因看来与太阳的加热作用有关。火星过近日点时，太阳的加热作用大,引起大气温度的不稳定,从而产生最初扬起灰尘的扰动。然而，一旦尘粒到了空中，吸收了更多的太阳能,这种充满尘粒的空气就会比周围大气更热,因而急速上升。别处的空气又扑去填补它原来的位置，造成更强的地面风，形成更大的尘暴。尘暴范围和强度越来越大。当尘暴最终分布到整个火星范围时，火星上温差减小，风逐渐平息，尘粒就慢慢地从大气里沉降下来。沉降过程至少要几个星期，尘暴激烈时可持续几个月之久。几乎每个火星年都要发生一次这种大规模的尘暴。火星上还常有一种沙尘卷风
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