简单百科
火星

火星

火星（Mars）是太阳系八大行星之一，是离太阳第四近的行星，也是太阳系中仅次于水星的第二小的行星，为太阳系里四颗类地行星之一，属于类地行星。中国上将火星称为“荧惑星”，在西方古罗马的神话中，把它想象为身披盔甲浑身是血的战神“马尔斯”（Mars），即希腊神话中的战神阿瑞斯（阿瑞斯）。

火星距地最近时仅有0.55亿千米，最远时有4亿千米。火星的平均直径为6794千米，表面积约为1.45亿平方千米，体积约为1630亿立方千米，质量6.42×1023千克，火星平均密度为3.93克/立方厘米，火星的大气很稀薄，成分主要是二氧化碳（95%）、氮气（2.7%）和氩气（1.6%），还有微量一氧化碳、水蒸汽和臭氧等，氧气含量极低。火星上的温度变化范围为27℃（300K）到-138℃（145K），全球表面年平均气温-63℃（210K）。火星的磁场较地球弱，表面的引力为3.693米/秒2。火星的最高亮度可达-2.9等。火星有两个天然卫星：火卫一和火卫二。

第一次有系统的观测是在十六世纪末期，丹麦天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brah）近20年的裸视火星的观测数据开始，其位置数据已经约可精准到4个角分。从1960年苏联就开始对火星发射探测器，但多次发射探测器失败。1971年2月8日，苏联的“火星3号”探测器发射升空，其登陆舱同年12月在火星上软着陆。美国也发射火星探测，1976年7月20日和8月7日，美国“海盗1号”和“海盗2号”探测器的着陆舱分别在火星着陆成功。1996年11月7日，美国发射了“火星全球勘探者”（MGS），1998年3月中旬开始绘制火星图形，该卫星获得了大量火星地貌、气候等资料。2003年6月2日，欧洲航天局发射了“火星快车号”，同样将探测火星是否有水作为重要目标。2013年11月，曼加里安号火星轨道探测器发射成功。阿拉伯联合酋长国希望号火星探测器于2020年7月发射升空，于2021年3月进入科学轨道，随后开始为期两年的数据收集工作。2021年5月15日，科研团队根据“祝融号”火星探测车发回遥测信号确认，天问一号着陆巡视器成功着陆于预选着陆区，中国首次火星探测任务取得成功。

命名

火星荧荧如火，亮度常变，位置不定，令人迷惑，中国古代称火星为“荧惑”。而在西方古罗马的神话中，把它想象为身披盔甲浑身是血的战神“玛尔斯”（Mars），即希腊神话中的战神阿瑞斯（阿瑞斯）。阿瑞斯身世高贵，其父是神王宙斯，其母是赫拉。天文学中火星的符号是马尔斯的长枪和盾牌的组合。

发现

早期发现

火星按离太阳由近及远的顺序为第四颗行星。肉眼看去是一颗引人注目的火红色的亮星。它缓慢的穿行于众恒星之中，从地球上看火星时而顺行，时而逆行。火星最暗视星等约为+1.5等，最亮时达-2.9等，这是由于地球和火星分别在各自的轨道上运行，它们之间的距离总在不断变化。第一次有系统的观测是在十六世纪末期，丹麦天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brah）近20年的裸视火星的观测数据开始，其位置数据已经约可精准到4个角分。

中期发现

1659年11月28日克里斯蒂安·惠更斯所描绘的火星的图画，上面的沙海(与极冠已具有和今天一样的特征形象。惠更斯和卡西尼创立了火星表面学。从1830年比尔(Beer)和马德勒(M adler)的观测开始了一个活跃的时期，至1840年他们首先绘成了一幅火星的全图。这虽然还是一幅略图，但已经像地图上那样有经纬线的背景。他们把所看见的很清楚、很圆的一个小黑点作为经度的起点，在一个比较大的望远镜里这一点却成了叉形，今天便取这叉形的尖点作为火星表面经度的原点，读者可在火星的平面图(图422)上沙湾的末端去寻找这个黑点，这里现在叫做经线湾。

1876年弗拉马里翁在他所著的《天上的地球》里的那幅火星插图较之比尔、马德勒两人的火星图已经复杂得多了，因为这幅图已经绘上塞奇、道斯(Dawes)、洛基尔(Lockyer)、凯泽(Kaiser)和弗拉马里翁本人所发现的一切形象。之后人们开始发现火星斑痕的形态和颜色随季节的转移均有显著的变化。

1877年火星的近点冲日给弗拉马里翁、特尔比(Terby)、格林(Green)等热心观测火星的人以一个验证黑斑变化的机会。也就是在这一年斯基帕雷利宣布有所谓纤维状的海湾或者运河的存在，这些运河横贯大陆、连接海洋。斯利弗在洛威尔天文台首先拍得的一套火星照片，表现了它的大量细节。斯基帕雷利所说的运河在照片上只是模糊的一大片，并没有几何形的网状结构。在1909年拍得火星的美丽照片的观测者有叶凯士天文台的巴纳德，日中峰天文台的普吕维内耳和巴耳代等。

1976年7月20日和8月7日，美国“海盗1号”和“海盗2号”探测器的着陆舱分别在火星着陆成功。登陆舱主要进行了生物探测试验，两个登陆舱着陆点都选择在估计水分较多，生命存在性较大的地方。两个登陆舱上的仪器从火星表面取土样，用"C作示踪原子，并用气相分析分光仪来寻找有机化合物的痕迹。实验结果表明，土样在实验期间发生了某种变化，但无法完全肯定这种变化是土壤中微生物的新陈代谢造成的。因此火星上存在生命的可能性是非常微小的。

索杰纳火星车于1997年7月4日在火星上名为“战神谷”的地区着陆，7月6日凌晨1时40分，索杰纳驶下探测器的坡道，踏上火星表面。这是人类的车辆首次在火星大地上行驶。数小时后开始传回火星表面彩色图像。1997年9月27日，索杰纳与地面失去联系。它在火星上移动了大约100m，传回16500幅照片，取得了火星岩石、土壤和火星大气等方面许多重要科学成果。

新世纪发现

2013年11月，曼加里安号火星轨道探测器发射成功。曼加里安号火星轨道探测器是印度太空研究组织研发无人驾驶的轨道飞行器。其主要任务是试图找到和获取火星环境中的甲烷，以便研究火星环境是否有存在生命的可能，同时希望通过探测火星大气构成，测定火星大气逃逸临界速度。

2020年7月30日，毅力号火星探测车+机智号探测直升机发射成功，2021年2月18日成功登陆火星。毅力号火星车+机智号探测直升机，前者是美国航空航天局装备最先进的火星车，后者是全世界首架行星探测直升机，由此开创「火星探测车+探测直升机」全方位、立体化的全新行星探测模式。

中国天问一号探测器2020年7月23日成功发射，2021年5月15日上午8点20分左右，中国天问一号着陆器确认成功降落火星，着陆地点位于火星北半球的乌托邦平原，着陆器上搭载的是中国“祝融”号首辆火星探测车。

2024年1月，欧洲航天局（ESA）的“火星快车号”号发现，火星的赤道附近存在大量冰水沉积物，厚度大约为3.7公里，如完全融化，水量可与地球上的红海相当，能将整个火星表面淹没在2米深的水下。经确认，这些沉积物实际上是灰尘和冰层。1月，美国航空航天局（NASA）的毅力号火星探测器采集的数据证实了火星杰泽罗陨石坑存在古代湖泊沉积物，该研究成果发表在《科学进展》杂志上。这一发现为火星曾经被水覆盖并可能孕育过微生物生命的理论提供了强有力的证据。

形成与演化

形成

大约45亿年前，当太阳系进入目前的布局时，火星是在引力吸引旋转的气体和尘埃进入时形成的，成为距离太阳第四颗行星。火星的大小约为地球的一半，与其他类地行星一样，它有一个中心核心、岩石地幔和固体地壳。

演化

根据撞击坑定年法和地层叠置交错关系将火星地质年代分为四个阶段：前诺亚纪(Pre-Noachian)、诺亚纪(Noachian)、西方纪(Hesperian)和亚马逊平原纪(Amazonian)。前诺亚纪距今约4.1~4.6Ga（亿年），撞击与火山事件使早期地表不复存在，因而将最早的数亿年归为前诺亚纪。该时期形成了包括北部低地、乌托邦平原等地质单元，具有全球性磁层，但当时的大气性质、地表挥发分组成仍然是未解之谜。

诺亚纪

诺亚纪距今3.7~4.1Ga（亿年），该时期以海拉斯盆地的形成为底界，分为早、中、晚诺亚世。诺亚纪的显著特征为高频率的撞击、侵蚀和广泛沟谷地貌的形成，也包括塔尔西斯火山省主体部分的聚集以及大量风化产物(如层状硅酸盐)的形成。诺亚纪大多数火山活动都集中在塔尔西斯区域，大型撞击盆地和北部盆地也可能分布有大量埋藏在较年轻沉积物中的诺亚纪火山岩。撞击高地中暴露的大多数物质可能是原生火山岩或受撞击改造的火山岩，它们主要是富含低钙辉石的玄武岩，以及不同含量的橄榄石。在诺亚纪大部分区域(Bibring et al.，2006)探测到的原生火成岩矿物(特别是橄榄石)表明当时的风化作用十分有限。

西方纪

西方纪距今3.0~3.7Ga，大致与地球的太古代早期处于同一时期。西方纪的主要特征是持续(可能短暂)的火山作用，形成了广泛的熔岩平原。与诺亚纪相比，山谷形成率较低，但有大量的外流河道、湖泊或海洋形成。此外，西方纪侵蚀率极低，形成层状硅酸盐的蚀变作用急剧减弱或停止，并在局部区域富集硫酸盐矿物。火星表面的侵蚀率、风化率和山谷形成率的急剧下降强烈表明西方纪期间气候可能由暖湿向干冷转变，地表和气候条件不利于侵蚀和风化作用的发生。西方纪的火山作用主要表现在脊状平原和一些低矮盾状火山的形成，与脊状平原形成相关的火山喷发的SO2排放可能导致了显著的温室效应，造成早期西方纪火星气候间歇性变暖，随后随着火山作用的减退，SO2迅速从大气中消失，地表温度下降。在西半球，熔岩平原主要分布在塔尔西斯火山东部外围区域。在东半球，熔岩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区域。西方纪广泛存在的火山活动使火星约30%的区域发生了地表重塑，同时这也可能是该时期硫酸盐大量沉积的原因(Head and Kreslavsky，2002)。

亚马逊纪

亚马逊平原纪距今约3Ga，并一直持续到现在，其覆盖了火星地质历史的三分之二。尽管亚马逊纪持续的时间相当长，但由撞击作用、构造作用和火山活动造成的地貌变化较小。此外，还持续了晚西方纪极低的侵蚀率和风化率特点。与火星早期相比，亚马逊纪冰川和风的作用对地表的改造更为明显。亚马逊纪最显著的特征是冰川的活动，且在中高纬度地区冰川活动更为明显。火星轨道倾角的变化对冰川的活动与分布会产生强烈的影响，当倾角较大时冰川将会从极区转移到较低纬度并聚集积累。亚马逊平原纪的火山作用主要集中于塔尔西斯和埃律西昂地区，火星表面的大型盾形火山最终形成，它们附近会形成较大面积的熔岩平原，亚马逊纪也存在地表水的活动，如在塔尔西斯和埃律西昂区域盾状火山的附近形成了外流河道。这一时期最为普遍出现的水流地貌为撞击坑内壁上广泛发育的冲沟，它们可能是由地下冰层融化释放的液态水形成。

性质与特征

物理性质

基本性质

火星是太阳系中距离太阳第四远的行星，属于类地行星，也是距地球最近的一颗行星。火星距地最近时仅有0.55亿千米，最远时有4亿千米。火星的平均直径为6794千米，大约为地球直径的一半。表面积约为1.45亿平方千米，仅相当于地球上陆地的表面积。体积约为1630亿立方千米，大约是地球体积的百分之十五。质量6.42×1023千克，仅为地球的百分之十。火星平均密度为3.93克/立方厘米，与地球内部地幔的平均密度相似，是类地行星中密度最小的。火星上的引力场比地球弱，表面的重力加速度为3.72米/秒2，大约是地球的百分之三十八。除了南北两极的白色冰盖，整个星球都被红黄色的沙丘和砾石所覆盖，属于一颗沙漠行星。火星的大气很稀薄，成分主要是二氧化碳、氮气和氩气，还有微量一氧化碳、水蒸汽和臭氧等，氧气含量极低。因为大气稀薄，所以平均气压仅为5.6毫帕，约为地球的千分之一。火星上的温度变化范围为27℃（300K）到-138℃（145K），全球表面年平均气温-63℃（210K）。火星的磁场较地球弱，表面的引力为3.693米/秒2。火星的最高亮度可达-2.9等，在八大行星中仅比木星、金星暗，因此在地球上晴朗的夜空中肉眼可见。

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异较大，南部由较高的高原组成，而北部由较低的平原组成。南部的高原上分布着数量巨大的陨击坑，包括火星上最大的陨击坑赫拉斯（Hellas）和阿盖尔（Argyre），而且地势起伏不平；北部平原上的陨击坑相对南部高原要少得多，大部分是熔岩，而且常常被风成堆积和泥石流物质所充填掩埋，因此地势较为平坦。现在认为，火星南部半球较为古老，北部半球较为年轻。这是根据南部半球的陨击坑的规模和数量都比北部半球要大和多得来的。火星表面有多种地貌：陨击坑和盆地、大的盾形火山、峡谷系统和干涸的河床、崩塌地貌、两极区冰盖和沉积层、风成沙丘等。总体来说火星的地貌特征比月球和水星复杂，也有别于地球。火星上以一个与火星赤道呈30°转轴倾角的大圆，可以将其表面分成南、北两个半球。南半球年龄较老地势较高，广泛分布陨击坑；北半球年龄较轻地势较低，有广泛的熔岩流、塌陷和两个巨大的火山群。火星表面的最大高差近30千米，最低点为海拉斯盆地（高程为-8.2千米），最高点为奥林帕斯火山（高程为21.2千米）。火星上普遍存在的一种构造地貌是地堑，它们紧密或平行排列，或是长达数百千米的孤立台地。塔西斯高原隆起是火星上全球尺度的大地貌，发育数千条大致径向排列的断裂体系长达几百千米，宽度在一千米以上。

峡谷和河床

火星地形含有许多河床，类似于在地球上出现的树枝状河流系统。个别河段一般不长于50km，宽达1km，而整个树枝状系统可能长达1000km。陨石坑边缘和火山有时被这些河道冲蚀。除了这些树枝状系统外，火星上还有其他河流作用特征，类似大的河床系统，或称为“外流河床”(outflow channels)，起始于高原，低到北部平原。某些河床几十千米宽，几千米深，数百千米长。在外流河道中出现的泪滴状“岛屿”表明，巨大的水流淹没了平原。某些火星河床可能是由岩浆流动形成的。大多数河道的形态(树枝状或外流)表明，它们肯定是被水流切割了，即由流体的流动维持着。

小的火星陨石坑一般是碗形的，具有恒定的深度-直径比。随着直径的增加(到8~10km左右)，形状变得复杂，中心出现一个峰，深度-直径比减小。

内部结构

火星的内部构造主要由火星壳、火星幔和火星核组成。火星壳位于火星结构的最外层，火星地壳的平均厚度范围38～62 km，火星地壳厚度在南北半球呈现非常明显的二分性，即南半球的地壳比北半球的地壳厚25 km或更厚。火星核位于火星结构最内层，其半径约为1 500 km，是一个由铁、成分构成的核。火星幔位于火星壳和火星核之间，其厚度或深度达2 000 km，靠近火星壳一端主要由橄榄石、辉石、石榴石等组成;靠近火星核一端主要由尖晶石、镁铁榴石等组成。

其他特性

大气压

火星表面的全球年平均气压约为6mbar。表面气压随季节变化可达25%，从全球尺度讲这主要是由于二氧化碳在极区的季节性凝结和升华过程引起的大气总质量的变化造成的，而从局部看是由大气一般环流的效应引起。火星的平均对流层大气标高为10km，与地球的接近(8km)。而局地的气压显著地依赖于地形，例如在火星的最高点(巨型火山奥林匹斯山)为平均海拔以上25km，而最低点(Hellas Planitia) 为海拔高度以下6km。

火星磁层

火星岩石圈磁场分布具有显著的南北半球差异性，强磁场主要集中在南半球，火星南半球高地最强的磁化区域内的岩石形成于40亿年前。有些地区表现出强弱磁场交替的条纹状结构，与地球海底条纹状磁异常相似。对于火星岩石圈磁场分布的解释存在很大的争议性。有研究认为这种磁场结构和海底扩张和偶极子场反转有关，预示早期火星的动力学和演化过程。另外的研究则认为与褶皱和水化学交替、重复的岩脉侵入，和沉积岩层等地质过程有关。北半球较弱的岩石圈磁场可能是源于北半球低地形成过程中的退磁作用。这种退磁既有可能是火星核产生的巨型火幔柱结构引起的，也可能是近火星表面的低温水化作用所引起。

火星的岩石圈磁场主要源于岩石的热剩磁，由两部分组成，一部分为火星壳上层岩石的热剩磁，称为原生剩磁，主要在火星早期获得，此时火星还存在全球性的内禀磁场。另外一部分为火星壳下层岩石的热剩磁，称为次生剩磁，由上部火星壳磁化获得，此时火星发电机过程已停止或减弱火星岩石圈磁场主要由火星壳上部的原生剩磁贡献。火星岩石圈磁场主要由火星壳上部的原生剩磁贡献。

火星尘暴

火星上另一个奇异特征便是每年都要刮起一次让人难以想象的特大风暴，风速之大是无法形容的。地球上的大台风，风速是每秒60多米，而火星上的风速竟高达每秒180多米。大风暴有时可以席卷整个星球。火星表面的尘暴，是火星大气中独有的现象，整个火星一年中有1／4的时间都笼罩在漫天飞舞的狂沙之中。由于火星土壤含铁量甚高，导致火星尘暴染上了桔红的色彩，空气中充斥着红色尘埃，从地球上看去，犹如一片桔红色的云。

1971年，当美国的“水手9号”火星探测器刚刚走了一半的路程时，整个火星正被一场大尘暴所包围。火星表面70～80千米的高空被尘埃笼罩，白茫茫的一片，根本无法观测；除了赤道附近隐约见到4个坑洞外，其它地方模糊一片，什么也看不清。这场特大尘暴竟连续不断地刮了半年时间才渐渐平息下来。这在地球上是从未有过的。原来大风沙时看到的4个坑洞，竟是4个高达25千米以上的大火山。最大的火山被命名为奥林匹斯火山，高26千米，直径600千米，大约形成于近10亿年内。位于赤道下方的是一个庞大的峡谷，也就是火星上最壮观的特征之一“水手峡谷”大峡谷。著名的水手谷长4000千米，宽约300千米，最深处达7千米。火星上南北半球地质结构很不一样，大火山、大峡谷等都在北半球。

火星极冠

在望远镜中，火星的两极呈白色，气温都在冰点以下。这些冰域称为极冠。近来科学家确认，极冠不是由水冰，而是由固态二氧化碳凝结形成的干冰。它的范围随季节有亮区和暗区的变化。火星极区一到冬季，由于气温下降，大气中的二氧化碳开始凝结，使得极冠加大，颜色逐渐变淡，北极冠可扩大到北纬65°，南极冠可扩大至南纬57°。一到夏季冰雪融化，极冠的范围也就缩小了，暗区就逐渐扩大和变暗。两极的极冠分别延伸到北纬80°和南纬84°。

轨道性质

轨道

火星的轨道和太阳系的所有其他行星一样是椭圆形的，但它的轨道形状明显比地球扁。衡量一个椭圆形状的参数是偏心率，正圆的偏心率是0，偏心率越大，椭圆的形状越扁。地球轨道的偏心率是0.0167，而火星轨道的偏心率是0.0934，在太阳系八大行星里排名第二（轨道最扁的是水星，偏心率达到0.2056）。它在近日点和远日点与太阳的距离，差异可以达到4250万㎞，而火星与地球之间的最小距离才只有5570万㎞。

火星在轨道上的运行速度比地球慢，地球的前进速度平均29.78㎞/s，最快30.29㎞/s，而火星的前进速度是24.07㎞/s，最快26.50㎞/s。这颗行星的公转周期（恒星年）是686.98个地球日；火星两次经过它自己的“春分点”，也就是火星轨道平面与火星赤道面升交点的时间间隔是686.973个地球日，这是火星上的“回归年”。每779.94天，火星-地球-太阳三者之间的位置重现一次，这是火星的“会合周期”。

从地球轨道到火星轨道之间的距离，与更远的木星轨道相比，相差将近10倍。火星是距离地球最近的外行星，但并不是太阳系里离地球最近的行星。火星与地球轨道半径的差距，大约是金星的1.89倍。单从轨道形状、轨道距离和行星大小来说，金星与地球更为接近。火星的自转与地球相似。

自转

火星的自转周期是24小时37分22秒，这是火星上的一个“恒星日”，也就是同一颗恒星连续两次在星空中升到最高处的时间之差。而火星上的“一天”，也就是一个“太阳日”，指的是太阳连续两次在星空中升到最高处的时间之差，比恒星日稍长，平均为24小时39分35秒。

和地球一样，火星也是倾斜着身子自转的，它的自转轴与它自己的公转轨道面有一个25.19°的夹角。因此，火星夜空中的北天极在天鹅座天区，但北天极附近没有可以充当北极星的亮星。与地球相似的自转转轴倾角也意味着它与地球一样有着四季的变化。不过，由于火星的轨道比地球扁，四季的长度差异十分明显。

卫星

火星有两个天然卫星：火卫一和火卫二，火卫一（Phobos）呈土豆形状，它是火星的两颗卫星中较大也是离火星较近的一颗。火卫二（Deimos）较小而且是靠外侧的一颗卫星。两颗卫星的形状不规则，可能都是捕获的小行星。这两颗卫星都是由美国天文学家阿萨夫·霍尔1877年在美国海军天文台发现的，它们的名字均取自于古希腊神话中战神玛尔斯的儿子。两颗卫星几乎都有正圆形轨道，位于火星的赤道平面上，其旋转轴均正交于该平面。

火卫一

火卫一是一个平均直径为22千米的三轴椭球体，其公转半径为9378千米，它距火星表面只有6000千米。火卫一是太阳系天体中反照率最低的天体之一，反照率只有0.071，与D类小行星类似，成分与碳质球粒陨石相似。近几十年的观察表明，火卫一的轨道速度由于潮汐的拽引，正在缓慢地增加，因此，火卫一正在变得靠近火星。计算结果表明，按目前的加速度，它将在大约1亿年内坠入火星大气层，落到火星表面。

火卫二

火卫二的直径只有8千米，还不及火卫一明亮，但因它离火星较远，便于观测。它与火星中心的距离是火星直径的6.9倍，约合2.34万千米。它的公转周期是30时18分，比火星的自转周期稍长一些。火卫二在火星的天穹上运行，和火卫一的方向相反，像太阳和恒星一样出于东而没于西，但在火星的天空中运行很缓慢，它在火星上一定地方的地平线上停留64个小时(火星时)之久。

观测与探测

观测

早期的观察

十六世纪末期，丹麦天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brah）近20年的裸视火星的观测数据开始，其位置数据已经约可精准到4个角分。

十七世纪初意大利天文学家伽利略·伽利莱发明望远镜之后，便利用望远镜打开了天文之窗。天文学家们陆续的从望远镜中观测火星获得重大的发现。1659年荷兰的天文学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）自观测中估算到火星有自转的现象，周期接近24小时，其后于1666年意大利天文学家卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）亦发现到这种现象并正式对外发表，并在火星描绘的图中有疑似有极冠（极冠）的记录。1672年惠更斯亦明显的绘出在火星南极的极冠，证实了极冠的存在；1777年英国天文学家赫歇尔（William Herschel），从反射镜的观测中发现火星的自转轴跟公转轨道面有近30度的倾斜角（实际上为约25.19度）；1809年法国的天文学家奥诺雷·弗洛热尔格（Honore Flaugergues）观测到火星上有黄色云系，其后经证实为火星地表的尘暴现象（灰尘暴风雨），并且也在1813年注意到火星的极冠的大小有季节性的变化。

1877年，任职于美国海军天文台的海尔（Asaph大厅）于火星大接近时发现了火星的两颗卫星，其后分别将其命名为何博斯（火卫一）及戴茂斯（火卫二）。同年秋天，意大利天文学家斯基帕雷利（Giovanni Virginio Schiaparelli）运用8.6Merz折射镜观测火星时，宣称发现火星上有类似“运河”的网状条纹，此“运河说”在当时引起了很大的争议！后来还造成美国罗威尔（Percival Lowell）倡导“火星人理论”（火星人理论）的谬论。

火星运河

1877年火星大冲期间，意大利天文学家夏帕雷利观测到火星表面有很多交错的网状结构，他认为这是水道，并在论文中用canali表示这种结构，翻译成英文时被进一步引申误会成运河。运河是无可争议的人造工程。

火星运河并非只是在天文学家小众圈子里，大量民间科学家也蜂拥而至，宣布发现火星运河。同时出现了一个重量级的推波助澜者——洛韦尔。洛韦尔凭借家族财力，在亚利桑那州建立了一个大型的私人天文台，拍摄了数以千计的火星照片，绘制了火星运河地图，进一步推动了火星运河之争。

随着人类进入航天时代，1972年9月，水手9号探测器进入火星轨道，它拍摄的火星照片显示了高山、峡谷和陨石坑等地形，也终结了火星运河之争。虽然火星生物是否存在还有很大的不确定性，但火星人肯定没有的。

探测

苏联火星探索

火星探测经历了3个阶段：飞越、环绕火星飞行和在火星上着陆。从1960年苏联就开始对火星发射探测器，但多次发射探测器失败。1971年2月8日，苏联的“火星3号”探测器发射升空，其登陆舱同年12月在火星上软着陆。

2011年11月8日，发射俄罗斯“福布斯-土壤”（Phobos-Grunt）火星探测器在哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场搭乘俄“天顶-2SB”运载火箭发射升空。据悉，“福布斯-土壤”探测器需要经过长途飞行进入火星轨道，而后在火卫一着陆，进行土壤取样并返回地球，该探测器上还搭载有中国首颗火星探测器“萤火一号”，出现意外未能按计划变轨。

美国火星探索

美国的“火星探路者”代表了火星探测的重要阶段，主要目的是让有轮子的火星探测车（索杰纳号）在地面工作人员的遥控下在火星上行驶，以实现对火星较大范围的移动考察。索杰纳火星车于1997年7月4日在火星上名为“战神谷”的地区着陆，7月6日凌晨1时40分，索杰纳驶下探测器的坡道，踏上火星表面。这是人类的车辆首次在火星大地上行驶。数小时后开始传回火星表面彩色图像。1997年9月27日，索杰纳与地面失去联系。它在火星上移动了大约100m，传回16500幅照片，取得了火星岩石、土壤和火星大气等方面许多重要科学成果。

1996年11月7日，美国发射了“火星全球勘探者”（MGS），于1997年9月11日到达火星，1998年3月中旬开始绘制火星图形，该卫星获得了大量火星地貌、气候等资料。2006年11月结束探测使命。2003年6月10日和7月8日，美国发射了火星漫游者“勇气号火星探测器”与“机遇号火星探测器”，分别于2004年1月4日和1月25日到达火星，绘制火星表面化学元素和矿物的分布图形，寻找火星的水源。2005年8月12日，美国发射了火星勘察轨道器，2006年3月10日进入环火星轨道。2007年8月4日，美国发射了“凤凰”号火星极区着陆器，2008年5月25日到达火星，2008年11月10日结束运行。

2011年11月26日，发射核动力火星探测器“好奇”号搭乘一枚“阿特拉斯-5”型火箭，在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空。主要使命在于探明火星过去或现在是否存在适合生命生存的环境。2013年11月18日美国航空航天局（NASA）的“火星大气与挥发演化”（MAVEN）探测器升空，以研究这颗火星上的上层大气，寻找火星失去昔日温暖与水分的线索。2018年5月5日美国“洞察”号火星无人着陆探测器从加利福尼亚州中部发射升空，其主要任务是将一个装载有地震仪及热流侦测器的固定式登陆载具发射到火星表面，从而研究火星早期的地质演变。2020年7月30日，毅力号火星探测车+机智号探测直升机发射成功，2021年2月18日成功登陆火星。毅力号火星车+机智号探测直升机，前者是美国航空航天局装备最先进的火星车，后者是全世界首架行星探测直升机，由此开创「火星探测车+探测直升机」全方位、立体化的全新行星探测模式。

其他国家火星探索

2003年6月2日，欧洲航天局发射了“火星快车号”，同样将探测火星是否有水作为重要目标。2013年11月，曼加里安号火星轨道探测器发射成功。曼加里安号火星轨道探测器是印度太空研究组织研发无人驾驶的轨道飞行器。其主要任务是试图找到和获取火星环境中的甲烷，以便研究火星环境是否有存在生命的可能，同时希望通过探测火星大气构成，测定火星大气逃逸临界速度。阿拉伯联合酋长国希望号火星探测器于2020年7月发射升空，于2021年3月进入科学轨道，随后开始为期两年的数据收集工作。中国天问一号2020年7月23日成功发射，2021年5月15日上午8点20分左右，中国天问一号着陆器确认成功降落火星，着陆地点位于火星北半球的乌托邦平原，着陆器上搭载的是中国“祝融”号首辆火星探测车。

探测器

火星奇观

火星大冲

火星大冲又名“火星冲日”，是指太阳、地球、火星依次排列在一条直线上时发生的天文现象。冲日前后太阳落山，火星即从东方升起，整夜可见。冲日前后，是火星一年中离地球最近、最明亮、最适合观测的时段。

火星合月

2016年12月05日火星合月，具体是指火星与月亮在同一经度，火星距月亮很近。“合月”是广义上的称谓，即月亮正好运行到和一颗星的经度相同时，天文现象在我国古代被称为“荧惑守月”。

三星一线

2016年8月24日将出现罕见的三星一线天文现象。土星、距离地球最近的外行星火星和天蝎座最亮恒星“心宿二”，三者依次连成一条直线。上一次出现在1986年2月17日。

星星相吸

2024年7月15日和16日凌晨，火星与天王星极近，上演“星星相吸”。火星与天王星从东北方天空升起后，是我国公众观测的最佳时机。15日凌晨，二者相距约45角秒，16日凌晨更近一些，约34角秒。

火星冲日

2024年12月8日，火星由顺行改为逆行，这意味着火星开始进入最佳观测期，距离冲日不远了。由于地球和其他行星围绕太阳公转的运行速度和相对位置都不同，从地球上看，行星在天空中的视运动相对于背景恒星而言，有时会顺行（自西向东），有时还会逆行（自东向西）。本次逆行期间，火星开始的亮度约为-0.7等，之后亮度逐渐增加，在2025年1月16日冲日前后，可达-1.5等，然后开始逐渐变暗。

生命研究

关于火星上是否存在“生命证据”，许多科学家争论不休。2003年《科学》杂志有文章指出30多年前科学家们提出的火星大气模式存在着明显的错误。研究表明，火星上的永久极冰带大部分是水结成的冰，而不是以前所认为的二氧化碳。2004年“勇气号火星探测器”（Spirit）和“机遇号火星探测器”（Opportunity）火星探测车在火星表面找到水可能曾长时间存在的证据，这一发现引发了科学家们对火星更大的探索热情。2013年1月新墨西哥大学（University of New Mexico）的研究人员指出21亿年前火星陨石曾饱含水分。

2012年以来，美国航空航天局（NASA）的“好奇”号是第一辆探索这种古老遗迹的火星车，它已探测到了简单有机化合物的存在，这些分子通过地质和生物过程形成。

2014年12月1日，中国科学院地质与地球物理研究所研究员林杨挺作为第1作者在《陨石学与行星科学》发表文章称:其研究团队在Tissint火星陨石中发现碳颗粒，证明该碳颗粒是有机物质，并且认为这种有机物质极有可能是生物形成的。

2014年12月16日，美国航空航天局(NASA)在美国物理联合会上宣布一项重大发现，好奇号火星探测器在火星大气中探测到7 ppm左右的微量甲烷，并于火星岩石的钻孔样本中发现多种有机化合物。该成果随后发表于Science杂志。

2015年9月，美国航空航天局从火星勘测轨道飞行器（Mars Recon‐naissance Orbiter,MRO）获取的图像中指出，在火星陨石坑内和山坡上，均发现了有相当长度的“季节性斜坡纹线”，而其是盐水在火星表面流动形成的，表明火星表面可能存在生命。但是NASA的研究还指出，太阳风是导致火星大气层和水消失的原因，探测结果也表明，形成之后不久，这颗星球上出现生命的机会便已不复存在，火星表面可能从未存在过生命。尽管在火星表面没有发现任何生命活动的迹象，但是历届探测任务表明火星表面存在海洋盆地等接近地球表面环境的独特地形，科学家仍然相信火星表面以前存在过生命活动，因此火星表面有机物质探测和寻找生命迹象的任务一直是热点问题。

2025年2月，据《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）发表的研究数据，研究人员通过对中国“祝融号”火星探测车传回的火星地下成像数据进行分析，发现了埋藏的沙滩遗迹。这些来自火星北部低地的数据与地球上的类似探地雷达数据极为相似。火星地下物质呈现出向低地倾斜的结构，这表明该地区曾是一片海洋。这一发现不仅为火星的地质历史提供了新的视角，也为未来的火星探测任务提供了新的方向，特别是在寻找火星古代生命迹象方面。

学术研究

气辉高光谱分辨辐射传输特性研究

2023年烟台大学物理与电子信息学院、中国科学院国家空间科学中心、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院、中国科学院西安光学精密机械研共同研究关于火星O2(a1Δg)气辉高光谱分辨辐射传输特性研究。

火星探测器主要依靠巡航飞行器上搭载的被动光学设备探测火星大气中气辉、风、温、密、压等大气参数信息(Ward et al， 2003；Zhang et al， 2017)。作为大气光化学反应过程的产物，气辉是研究火星大气的很好的示踪物，其分布和变化过程蕴含着火星大气多种参数信息(Muňoz et al， 2005；Gagné et al， 2012)。

1.27μm波段的氧气分子近红外气辉是火星最重要的大气气辉辐射之一，它是由氧气分子第一激发态O2(a1Δg)到基态O2(X3∑-g)的跃迁产生的.在电子态跃迁过程中，伴随着振动态和转动态的跃迁，该过程使得氧气分子近红外气辉成为包含约150条辐射线的光谱带(Krasnopolsky， 2013；He et al， 2019)。在火星大气的诸多气辉辐射谱线中，其辐射强度最强，高度覆盖范围最广，极易被近红外光谱仪捕捉观察，同时涉及许多重要光化学反应(Wu et al， 2018)。因此，建立该气辉高光谱分辨辐射传输模型极具科学价值与工程意义。

火星物质研究

对于火星上有机化合物质起源的解释包括多种假说，如水—岩相互作用，来自行星际尘埃或流星的沉积，当然生物起源假说也未被排除。进一步理解火星有机物质或能为碳源可用性提供启示，亦可帮助搜寻潜在的生物特征。“宜居环境有机物和物质拉曼和荧光扫描”（SHERLOC）探测仪是首个能对火星上有机分子矿物进行精细尺度制图和分析的工具。“毅力号”火星探测车搭载着SHERLOC在耶泽罗陨击坑着陆，这里曾是一片古代湖泊流域，历史上宜居的可能性很大。加州理工学院团队研究了SHERLOC对耶泽罗陨击坑底地层的分析结果。SHERLOC在耶泽罗陨击坑底的既定10个目标中都探测到了有机化合物的信号，这些有机分子显示出每个地层可能独有的多样性矿物质关联和空间分布。

观测结果的多样性或意味着有机物质起源的不同方式：可能通过水的沉积，也可能通过与火山物质的作用合成。研究发现表明，火星表面可能存在不同的有机物合成和保存机制，含水过程可能在这些机制中起到了关键作用。

现环境研究

过去人们认为火星是一颗类似地球的行星，有着四季的更替，它的两极被冰覆盖并相应作着周期的变化。冰雪的存在证明了水份的存在，也就是生命存在的前提。有人还曾提出火星上面的暗区可能是植物带。因此，火星生命之谜深深地吸引着人们。为了探索火星的秘密，近30年来己有20余只探测器对火星作过科学探测，其中主要是美国的水手9号、海盗1号和海盗2号。这些探测器拍了数千张照片。每个探测器都能自动地从火星上采集土壤样品进行实验，并将实验结果传回地球。实验结果表明：火星上没有江河湖海，土壤中也没有植物、动物或微生物的任何痕迹，更没有“火星人”等智慧生命存在。

1996年12月美国科学家宣布：1984年在南极洲发现的ALH84001 石陨石来自火星。研究其岩石成分发现，这些陨石可能含有原始生命的微化石。这表明几十亿年前的火星很可能相当温暖潮湿，适合生命的存在与维持。