火星，是太陽係從內往外數的第四顆行星，直徑只有地球的一半，擁有著太陽系最極端的地質環境。長期以來，在人們眼中，這顆鐵鏽色的星球充滿了神秘感。本期知否帶大家了解這個地球鄰居——火星的故事。

火星以古羅馬戰神瑪爾斯（Mars）的名字命名。古時，火星的天象會被人們當作是一種預兆。火星紅色的外表，彷彿在以自己的方式講述著一個關於“毀滅”的故事。

往數十億年前數，火星可能會被誤認為是地球的“雙胞胎”，其表面存在液態水，甚至可能存在生命。而現在的火星就像一片寒冷，貧瘠的沙漠，幾乎看不到液態水存在的跡象。

但是，科學家們使用軌道飛行器、著陸器以及火星車進行數十年研究後發現，在風力作用下的火星表面下可能孕育著微生物，即使它的表面看起來極度貧瘠。

火星的一年和季節輪替

火星直徑為6794公里，大約是地球的一半，大小在太陽系中排列第七。其表面重力是地球的37.5%。

火星的自轉週期為24.6小時，也就是相當於火星的一個太陽日。火星的旋轉軸相對於其繞太陽運行的軌道平面傾斜25.2度，這使得火星的季節變換與地球上非常相似。火星靠近太陽的半球經歷春天和夏天，而遠離太陽的半球則經歷秋天和冬天。在每年的春分和秋分，兩個半球也會有相同的光照。

但由於一些原因，火星上的每個季節與地球上的季節還是有所不同。首先，火星與太陽的平均距離比地球要遠一半，平均公轉軌道的距離為2.29億公里。這意味著火星公轉一周需要更長的時間，從而火星的一年以及每個季節的時間也更長。火星一年有669.6個太陽日，相當於687個地球日；火星的一個季節可以持續194個太陽日，相當於199個地球日。

此外，火星自轉軸的角度變化也​​比地球頻繁得多，這導致火星的氣候在數千年到數百萬年的時間尺度上變化更頻繁。而且火星的公轉軌道比地球軌道更扁，這意味著一年中火星的公轉速度變化更大，從而影響到火星上春分和秋分的時間。火星北半球的春夏季要比秋冬季長得多，其北半球的春季竟比秋季長三分之一左右。

圖：火星哥倫比亞山中富含硫的岩石在明亮的藍色中脫穎而出。岩石的高硫含量和柔軟度可能是火星表面曾存在液態水的證據。

還有另一個複雜的因素：火星大氣層比地球稀薄得多，這大大減少了火星在其表面附近所能吸收的熱量。火星表面溫度最高達到21攝氏度，最低可達-142攝氏度。但平均而言，火星表面溫度為-62攝氏度，比地球表面的平均溫度整整低58攝氏度。

曾經是風和水的世界

火星地貌形成的主要驅動因素是大氣。火星大氣主要由二氧化碳、氮氣和氬氣組成。按照地球的標準來說，火星表面的空氣簡直稀薄得離譜，就連珠穆朗瑪峰頂上的大氣壓大約是火星表面大氣壓的50倍。儘管空氣稀薄，但火星上的風速可達每小時96公里，狂風揚起的塵土會形成巨大的沙塵暴和沙丘。

但從前，火星地表流動的不僅有風，還有液態水。科學家通過火星車已經找到數十億年前火星表面曾存在湖泊以及河流的明確證據。這意味著在遙遠的過去，火星的大氣足夠稠密，能夠保留足夠的熱量，使得表面的水能夠保持液態。但如今火星的情況與從前大相徑庭：儘管地表以下和極地冰川中存有大量水冰，但我們並沒有發現大量的液態水。

圖：“機遇號”（OPPO rtunity）火星車在進入火星上“耐力隕石坑”（EnduranceCrater）時捕捉到的自拍照。

火星沒有像地球這樣活躍的板塊構造系統，也沒有磁場。由於缺乏這種關鍵的保護屏障，太陽產生的高能粒子流更容易對火星大氣層造成衝擊和破壞，這可能解釋了為什麼火星大氣層現在是如此稀薄。但科學家推測，在41.2億至41.4億年前的遠古時期，火星似乎擁有一個“內部發動機”，為這顆星球的磁場提供動力。到底是什麼導致火星的發動機意外關閉？科學家們仍不得而知。

高低起伏的地貌

與地球和金星一樣，火星也有山脈、峽谷和火山。但火星表面的地形起伏堪稱太陽系之最。整個太陽系最大的火山奧林匹斯山(Olympus Mons)就位於火星，高出火星表面約25公里，是地球上珠穆朗瑪峰海拔高度的三倍。但是奧林匹斯山的底部太寬了，大約有600公里寬，所以這座高山​​的平均坡度只比我們日常生活中的輪椅坡道稍微陡一點。這座山峰是如此巨大，以至於在火星表面綿延起伏到視線之外。如果你站在奧林匹斯山的邊緣，其峰頂將超出地平線。

圖：火星上的奧林匹斯山是太陽系中最大的火山，比三個珠峰還要高，和整個夏威夷群島一樣寬，但卻像煎餅一樣平坦。

火星上不僅有最高的山峰，還有太陽系中最深的峽谷。位於奧林匹斯山東南方的水手號谷（Valles Marineris）是火星上最為標誌性的大峽谷。水手號谷全長約4000公里，切入火星表面以下7公里。水手號谷比地球上最大的亞利桑那州大峽谷還要深四倍，長五倍，峽谷最寬的地方甚至達到320公里。水手號谷的名字得名於1971年抵達火星軌道的“水手9號”探測器，其也是第一艘成功繞另一顆行星飛行的宇宙飛船。

南北半球大相徑庭

大約45億年前，火星由圍繞太陽的氣態塵埃盤中聚集而成。隨著時間的推移，火星內部分化為地核、地幔和平均64公里厚的外殼。

科學家推測，火星核心很可能像地球一樣由鐵和鎳等重元素組成，但相比於我們地球的地核，火星地核可能含有更多的硫元素。目前最可靠的估計是，火星地核直徑約為3411公里，誤差約為595公里，但目前科學家還不清楚具體情況。美國國家航空航天局的“洞察號”著陸探測器旨在通過追踪火星上的地震波來揭開火星內部的秘密。

和太陽系的其他行星完全不同，火星的南北半球差別很大。火星北半球的大部分區域是地勢低窪的平原，那裡的地殼只有30公里厚。然而，火星南半球的高地上遍布著許多死火山，那裡的地殼厚度可高達99公里。

火星的兩顆衛星

在遙遠的過去，火星獲得兩個形狀不規則的小衛星，它們分別是火衛一和火衛二。人類於1877年發現了這兩顆衛星，並以羅馬神話中瑪爾斯和阿芙羅狄蒂（金星）的兩個兒子命名。火星衛星是如何形成的目前仍然是個謎。一種可能性是，它們形成於小行星帶，並被火星的重力所捕獲。但最近的模型卻表明，它們也可能是很久以前一次巨大的撞擊後由火星上拋出的碎片形成的。

火衛二是兩個衛星中較小的一個，每30小時繞火星運行一周，直徑不到16公里。其兄弟火衛一身上有許多“傷疤”，遍布著各種隕石坑和橫穿表面的深深凹槽。長久以來，科學家們一直在爭論火衛一上凹槽的成因。它們是遠古撞擊後巨石滾過火衛一表面留下的痕跡，還是火星引力將其表面撕扯開來的跡象呢？

無論是什麼，火衛一的未來都沒有那麼美好。每個世紀火衛一和火星的距離就會減少1.8米；在大約5000萬年後，火衛一要么會撞上火星表面，要么會成為碎片。

火星的未解之謎

自20世紀60年代以來，人類用機器探索火星的次數超過了地球以外的任何其他行星。目前，來自美國、歐盟、俄羅斯和印度的八項任務航天器要么在圍繞火星軌道運行，要么在火星表面漫遊。但安全抵達這顆紅色星球絕非易事。在1960年以來發射升空的45次火星任務中，26次由於各種原因未能離開地球、飛行途中失聯、偏離火星軌道、在火星大氣層中燃燒殆盡、在火星表面墜毀或過早宕機。

儘管人類已經向火星發射了十幾部探測器，但關於這顆紅色星球依然有著諸多未解之謎。

為什麼火星的南北半球如此不同？

幾十年來，科學家們一直對火星南北半球的巨大差異感到困惑。火星的北半球既平坦又光滑，科學家推測這可能是由曾經流經火星表面的液態水造成的。與此同時，火星南半球表面崎嶇不平，坑坑洼窪，平均比北部高出4到8公里。最近的證據表明，火星南北半球的巨大差異是由很久以前一塊巨大太空岩石撞擊火星造成的。

火星為什麼存在甲烷？

2003年歐洲航天局的“火星快車”號宇宙飛船首次在火星大氣中發現了甲烷。甲烷是最簡單的有機分子。地球大氣中的甲烷大部分是由生命產生的，比如牛消化食物就會產生甲烷。由於甲烷被認為在火星大氣中只能穩定大約300年的時間，所以科學家懷疑這種氣體是最近產生的，但無法確定來源。當然，火山活動等沒有生命的情況下也會產生甲烷。歐洲航天局2016年發射的ExoMars航天器正在研究火星大氣的化學成分，以了解更多關於甲烷的信息。

火星上還有液態水嗎？

儘管有大量證據表明火星表面曾經有液態水，但現在星球表面是否仍然流淌著液態水仍是一個懸而未決的問題。如今火星的大氣壓太低，大約只有地球的百分之一，液態水無法在其表面存在。然而，在火星斜坡上看到的深色狹窄條紋暗示著每年春天可能有鹽水流經表面。

火星上有海洋嗎?

許多火星探測任務已經揭示了這顆紅色星球上的許多特徵，其中有看起來廣闊的海洋、河谷網、河流三角洲和需要水形成的礦物質。這些特徵表明火星曾經是很溫暖的，可以維持液態水的存在。然而，目前的火星早期氣候模型無法解釋火星表面如何達到這種溫度，因為那時的太陽要弱得多。這進而引發了一些質疑：這些特徵是否可能是由風或其他機制形成的。不過有證據表明，早期火星的溫度足夠高，至少在其表面的某個地方存在液態水。其他發現暗示，早期的火星寒冷潮濕，並非像人們經常爭論描述的那樣寒冷乾燥或溫暖濕潤。

火星上有生命嗎?

美國國家航空航天局的維京1號探測器是首個成功登陸火星的航天器，其打開了一個一直懸而未決的謎題：火星上是否存在生命跡象?

維京1號首次嘗試在火星上尋找生命，而它的發現引起了激烈的爭論。維京1號探測到了像氯甲烷和二氯甲烷這樣的有機分子。然而，這些化合物被認為是地球上的污染物，也就是航天器還在地球上時用的清洗液。正如我們所知，因為寒冷、輻射、極度乾旱和其他因素，火星表面不利於生命存在。儘管如此，地球上仍有許多生命在極端環境下生存的例子，比如南極的寒冷乾燥土壤和智利極度乾旱的阿塔卡馬沙漠。

事實上，地球上任何有液態水的地方都存在生命，而火星上曾經存在海洋的可能性讓許多人懷疑火星上是否有過生命。如果有的話，那現在是否可能依舊存在。回答這些問題可能有助於解釋宇宙其他地方是否一樣存在生命。

地球上的生命來自火星嗎？

南極洲發現的來自火星的隕石具有類似於地球上微生物所形成的結構。儘管此後的許多研究表明這些結構可以用化學而不是生物學來解釋，但爭論仍在繼續。這些發現確實提出了一種大膽的可能性，即地球上的生命其實很久以前就起源於火星，由隕石攜帶而來。

人類能在火星上生活嗎？

要回答火星上是否存在生命，人們可能真的得去那裡找到答案。

1969年，美國國家航空航天局的計劃是在1981年讓人類登陸火星，1988年建立永久性的火星基地。然而星際航行肯定會有科學和技術上的巨大挑戰。人類需要面對太空旅行中的惡劣條件：食物、水和氧氣的問題、微重力的影響、火災和輻射的潛在危害以及宇航員在離地球數百萬公里的地方封閉生活多年。此外，在星球上著陸、工作、生活以及從那裡返回地球一樣會有很多挑戰。

無論如何，更多的火星探測任務即將到來，其中一些任務旨在幫助尋找火星的生命跡象。美國國家航空航天局的“Mars2020”火星車升空，其會登上火星收集火星岩石樣本，並在未來把這些樣本帶回地球。歐洲航天局和俄羅斯宇航局(Roscosmos)計劃聯合發射以化學家羅莎琳德·富蘭克林(Rosalind Franklin)命名的火星探測器，這部火星車的工作對破譯DNA結構至關重要。其將深入探測火星土壤，尋找火星過去和現在是否有生命存在的跡象。阿拉伯聯合酋長國還計劃發射研究火星大氣層的“希望號”火星軌道探測器。

總有一天人類也會加入探索火星的行列。美國國家航空航天局稱讓人類重返月球的計劃是未來登陸火星的第一步。太空探索技術公司SpaceX創始人兼首席執行官埃隆·馬斯克(Elon Musk)正在打造名為“星際飛船”(Starship)的大型航天器，其部分目的是將人類送上火星。人類最終會在地球南極洲一樣在火星表面建立科學基地嗎？人類活動將如何影響這顆紅色星球？

時間會告訴我們一切。但無論如何，火星將繼續成為人類的無限遐想，成為天空和人類故事中反复閃爍的紅色燈塔。