揭秘火星与人类探测火星的历程.docx
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揭秘火星与人类探测火星的历程
揭秘火星与人类探测火星的历程
火星基本地理特征
火星与地球在地理特征上相比有很多相似之处。
它有高山，有峡谷，有平原和高原。
火星南北半球的地形有着强烈的对比：
北方是被溶岩填平的平原，南方則是曾受过多次撞击的古老高地。
在地球所见到的火星表面，根据不同的反照率而分为两种区域：
布满尘埃和沙土的平原因为富含红色的氧化铁，而曾被幻想为火星上的“大洲”，例如：
阿拉比亚大陆（ArabiaTerra）或亚码逊尼斯平原（AmazonisPlanitia），而黑暗的部分曾被认为是海洋,因此有Erythraeum海（MareErythraeum）,Sirenum海（MareSirenum）和奥罗来尔海湾（AuroraeSinus）等名称。
地球上能看见的最大的暗区叫“大流沙”。
火星外表呈现火红色，火星的直径相当于地球的半径。
体积只有地球的15％。
质量只有地球的11％。
地表温度白天有28摄氏度，夜晚低至零下132摄氏度。
火星的两极包含冰状水和二氧化碳极冠。
一个死亡的盾状火山:
奥林帕斯火山群（OlympusMons）,它有27千米高,是太阳系里最高的山脉。
它位于一个巨大的被称为萨希斯（Tharsis）的高地,其间包含数个大火山。
水手谷（VallesMarineris）或火星疤'是一个4000千米长7千米深的大峡谷。
火星上也有一系列的环形山留有的痕迹。
最大的被称为希拉斯盆地（HellasPlanitia）,它被淡红色沙子所覆盖。
火星的自然环境：
奇冷无比夜间最低零下105度
火星气候通过两极干冰帽的季节性变化、气流导致的大规模沙尘运动以及地面和空气中的水蒸气交换调控。
火星上最活跃的天气系统是通常出现在南半球的春季和夏季的沙尘暴。
这些沙尘暴可以将整个行星包裹在其中，探究这些沙尘暴的演进和成长过程是未来火星气象研究的目标之一。
今天的火星奇冷无比，夜间温度可下降到摄氏零下105度（华氏负157度），而且它的大气层也薄得使它地面水终年冻结。
火星与地球各种数据对比：
令人吃惊的相似
火星
地球
与太阳的平均距离
142万英里
93万英里
环绕太阳运行的平均速度
14.5英里/每秒
18.5英里/每秒
直径
4,220英里
7,926英里
轴的倾斜度
25度
23.5度
一年的长度
687个地球日
365.25天
一天的长度
24小时37分钟
23小时56分钟
引力
地球的0.375
火星的2.66倍
温度
平均零下81华氏度
平均57华氏度
大气
大部分是二氧化碳
氮、氧气、氩及其他
有一部分水蒸汽
卫星数
2
1
为什么要研究火星的地质特征——为探索地球提供参考
研究火星的地质概况可以了解火星的变化过程和地球与火星之间的区别与共性。
作为火星探测计划的一部分，科学家希望理解风、水、火山作用、构造地质学、撞击坑等过程在形成和改变火星表面中的相关角色。
比如，火星上有令人难以置信的巨大火山，其规模是地球上火山的10倍甚至100倍以上。
这个不同点的解释就是火星地壳不像地球地壳一样运动。
这意味着所有的岩浆汇集成为一个非常巨大的火山。
火星环球监测者探测器最近发现了在火星上分布着大面积的磁性物质，这表明火星曾经有一个像地球一样的磁场。
由于磁场通常表现为保护行星不受各种宇宙射线的伤害，这一发现暗示很可能发现火星表面曾经存在生命的证据。
对于远古磁场的研究对火星过去的内部结构、温度和组成也将提供重要信息。
磁场的存在还表明火星曾经像地球一样充满生机。
最重要的是火星上各种岩石的组成以及年龄。
地质学家通过岩石的年龄确定火星历史事件的顺序。
组成告诉人们在过去的时间内发生了什么。
鉴定有水存在才能形成的岩石和矿物质是其中尤其重要的一个任务。
水是解开火星生命之谜的关键之一。
其他还有什么岩石中的原料包含有火星历史的信息？
不同岩石在火星表面的分布有什么不同？
未来的轨道监测以及登陆探测任务将通过特制工具解答这些问题。
火星“海平面”及“赤道”的确定过程
零海拔：
因为火星上没有海洋所以也就没有“海平面”,零海拔或平均重力表面必须人为确立。
于是选择了大气压是610Pa（6.1mbar）的线作为0海拔线，那里的气压大约是地球表面大气压的0.6%。
零度子午线：
火星的赤道是以它的自转确定的，但火星的本初子午线是人为指定的，如同地球一样，选择是随意的，大家约定的。
1830——1832年，德国天文学家威廉Beer和JohannHeinrichMädler选择了一个小圆形特征作为参考点以制作火星的第一张系统地图。
1877年他们的选择被意大利天文学家GiovanniSchiaparelli采用，作为本初子午线。
在水手9号1972年测绘了火星地貌之后，沿着Beer和Mädler的线，兰德公司的MertonDavies在他建立了一个地理控点网络后，提出了火星精确的0.0°经线定义：
是一个位于SinusMeridiani（子午湾）的这个小环形山。
为什么要研究火星的气候状况——建立火星气候模型
更好地理解火星现在的气候状况，有利于科学家更有效地建立火星过去的气候模型。
要做到这些，我们需要火星详细的天气图谱和信息以了解火星大气中沙尘和水蒸气的含量。
监测一个火星年（687个地球日）的这些相关信息，能够帮助我们火星的周期性季节变化特性，并引导我们理解火星上数百万年间的气候变化情况。
火星极地地区的分层地形特征同样包含有该行星过去的一些线索，那些类似树木年轮的环提供了一个火星的历史纪录。
这些分层是何时怎样形成的？
火星气候是否曾经类似于地球？
如果相似，是什么导致火星变成一个干燥、寒冷贫瘠的荒漠呢？
这是一些将来的探测计划需要解决的问题。
陨石记录火星经历四十亿年寒冬并非生命理想乐园
美国科学家最近在《科学》杂志上发表一份研究报告，称火星陨石的化学成分表明这颗行星经历了四十亿年的寒冬，火星的温度极少能够达到零度以上。
科学家们通过测量陨石经历的温度极值得出了上述结论。
由于火星陨石内记录着过去四十亿年中火星地表的温度极值，因此没有证据表明火星曾经有过“温暖如春”的时期。
火星表面被水侵蚀的特征一定是在极短的时期内形成的。
火星陨石的“受热历程”
现在，火星赤道附近的平均温度也只有零下55摄氏度左右，但是科学家们却相信这颗红色星球曾经有过一段温暖如春、生机勃勃的时期。
适宜的温度使火星表面存在液态水，并且为可能存在的生命演化提供了良好的环境。
火星上由水冲刷而成的高峡，干涸的河床，以及无数河水留下的沉积物都极好地证实了火星表面曾经有液态水的流动。
但是最近，两位研究火星陨石的美国科学家却为人们绘制了另外一幅不尽相同的画面。
他们的研究对象是地球上已发现的七块火星“透辉橄无球粒陨石”中的两颗，还有闻名于世的ALH84001号火星陨石。
1996年，NASA曾经宣布这块陨石中可能含有原始微生物在火星上存在过的证据。
利用地质化学分析，研究者们重现了每块陨石的“受热史”，并估算出陨石的长期最高平均温度。
在历时两年的研究过程中，研究者们对这三块火星陨石的受热史进行了逐一分析。
数据表明，在过去1500万年的时间里，ALH84001号火星陨石经受过的最高温度绝不会超过350摄氏度。
两颗透辉橄无球粒陨石，从1100万年前陨落至今，也没有经历过高于水沸点的温度。
“泄密”的氩气
这项研究的另一重点是对陨石在火星上的受热史进行测算。
科学家们以测算陨石中残留的氩气总量来实现这一目标。
氩气，是一种惰性气体，化学性质极为稳定。
人们可以根据它的衰减率、残留量来估算岩石的生成年代。
氩气的另一特性为其衰减率随着温度而变化。
岩石温度越低，氩气的残留量就越多。
科学家们发现，经过千万年的漫长岁月，陨石中最初含有的氩气只有极微少的一部分释放了出去。
这就意味着在过去近四十亿年的时间里，火星表面一直处于低温冷藏的状态下。
科学家们称，反复测算的结果证实，这些陨石经历了相当漫长的寒冬。
事实上，在其35亿年的漫长历史中，ALH84001号火星陨石的温度高于零度的时间不会超过一百万年。
无处不在的水？
这项新的研究成果对于火星曾经存在流动水的的论点，无疑提出了一个反证。
科学家们说，他们的研究意味着在过去四十亿年的时间里，火星上水的存在形式可能是小型、孤立的地热温泉，而不是大流域、自由流动的水。
液态水曾在火星存在并流动过的证据应该是在一个相对较短的时期内形成的。
事实上，有证据显示在过去四十亿年中，火星从未提供过能使液态水长期在其表面流动的足够温度。
这就意味着，火星或许从来就不是一个适合生命栖息的环境。
除非生命开始于火星最初形成的前50万年里，那时火星或许是一片温暖之地。
人类探测火星历史回顾
火星——距地球最近的红色行星，让人类产生过无数幻想。
人类最初开始观测火星时，对它的了解仅限于其火焰般的颜色和不同于其他星体的运行轨迹。
·巴比伦人
巴比伦人早在公元400年前就开始研究天文学，并已能运用先进的方法来预测日蚀等天文奇观。
巴比伦人称火星为“Nergal”——伟大的英雄，战斗之王。
·埃及人
埃及人首先提出星体看起来是静止不动，由太阳围绕星体转动的观念。
他们还发现五大行星（水星、火星、金星、木星、土星）的运行轨迹十分相似。
埃及人把火星称作“HarDecher”。
1964年，美国发射水手3号，火箭点火升空后坠毁；
1964年，美国发射水手4号，1965年成功掠过火星，并传送回第一张火星表面的照片；
1964年，前苏联发射探测2号，成功接近火星，于1965年失去联络；
1969年，美国相继发射水手5号和水手6号。
两艘飞船分别于7月和8月成功掠过火星，并传送回图像和数据；
1971年11月，前苏联的火星2号轨道舱和着陆舱达到火星。
着陆仓坠毁在火星表面，但轨道仓却传送回图像和数据。
1971年，美国发射水手8号，火箭升空过程中失败；
1971年11月，美国发射的水手9号飞船进入火星轨道，提供了完整的火星地貌图并对火星大气层进行了研究；
1973年，前苏联发射火星5号，1974年2月到达火星并收集了数据；
1975年，美国向火星发射了海盗1号和海盗2号宇宙飞船，并于1976年到达火星。
轨道舱收集了火星表面的图像，着陆舱则传送回图像并提取了火星表面土壤的标本；
40多年来，苏联、美国、日本、俄罗斯和欧洲共发起30多次火星探测计划，其中三分之二以失败告终，但研究一直没有排除火星上存在生命的可能性。
1962年11月，苏联发射的“火星1号”探测器在飞离地球1亿公里时与地面失去联系，从此下落不明，它被看作是火星探测的开端。
1965年7月，美国“水手4号”飞近火星，从距火星1万公里处拍摄21幅照片，发现火星上存在大量环形山，大气密度只有地球的1%。
1965年，苏联发射的“探测器2号”与地球失去联系，其探测情况没有公布。
1969年，美国“水手5号”和“水手6号”再次掠过火星。
它们拍摄的200多幅照片表明，火星表面温度比预想的更低，大气中二氧化碳含量高达95%，水蒸气几乎难以寻觅。
美国“水手7号”也发回126张照片。
1971年，苏联发射的“火星2号”投下的探测仪器摔毁在火星表面，“火星3号”由于赶上火星沙暴，着陆舱仅工作了22秒钟便与地球失去联系。
1972年，美国“水手9号”探测器沿火星外层空间轨道飞行，发回7329张照片。
1974年，苏联“火星5号”环绕火星轨道飞行数天，“火星6号”和“火星7号”探测器在火星着陆。
1975年，美国发射“海盗1号”、“海盗2号”探测器。
1976年7月和8月，它们的着陆器分别在火星成功着陆。
1989年，苏联“福波斯1号”和“福波斯2号”探测器在前往火星途中失踪。
1992年9月，美国“火星观察者”号探测器发射升空，在1993年8月进入火星大气层前与地面失去联系。
1996年，俄罗斯“火星—96”航天器发射失败。
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，1997年7月4日在火星阿瑞斯平原着陆。
1998年7月，日本发射“希望”号火星探测器，预定于1999年10月抵达火星，但上天后厄运不断，2003年12月日本航天机构宣布这次火星探测使命终告失败。
1998年12月，美国“火星气候探测者”发射升空，但1999年9月在进入火星大气层时被烧毁。
1999年1月，美国发射“火星极地着陆者”探测器，它在预定着陆时间过后下落不明。
2001年4月，美国发射“奥德赛”火星探测器。
2002年，“奥德赛”探测器发现火星表面和近地表层中可能有丰富的冰冻水，但这一问题仍存在争议。
2003年6月2日，欧洲宇航局“火星快车”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，但直至今日地面控制中心仍未与其取得联络。
人类使用空间探测器进行火星探测的历程
人类使用空间探测器进行火星探测的历史几乎贯穿整个人类航天史。
几乎就在人类刚刚有能力挣脱地球引力飞向太空的时候，第一个火星探测器也开始了它的旅程。
最早期的探测器几乎都失败了，而火星探测也就是在一次又一次的失败中不断前进。
1960年10月10日，苏联向火星发射了第一枚探测器。
四天以后，第二枚火星探测器升空。
然而这两枚火星探测的先行者却连地球轨道都没能到达。
1962年10月24日，当火星又一次运行到合适的位置时，苏联的第三枚火星探测器升空，然而这次它只达了环绕地球的轨道而已。
1962年11月1日，前苏联向火星发射了火星1号，这枚探测器成功进入了前往火星的轨道，并且计划于1963年6月19日到达火，但几个月后却与地面永远失去了通信联系。
三天以后，苏联的又一枚探测器升空，这枚探测器同样面临着失败的命运，仅仅到达环绕地球轨道，而后堕入地球大气层烧毁。
1964年，美国也先后向火星发射了两枚探测器水手3号和水手4号。
水手3是美国发射的第一枚火星探测。
因为探测器的保护外壳未能按预定计划成功与探测器分离，导致探测器偏离轨道，最终导致失败。
水手4号于12月28日发射升空，这是有史以来第一枚成功到达火星并发回数据的探测器，水手4号于1965年7月14日在火星表面上空掠过，向地球发回了21张照片，此后又在环绕太阳轨道上花费三年时间对太阳风进行探测。
水手4号发回的数据表明火星的大气密度远比此前人们认为的稀薄。
苏联也于1964年11月30日再次向火星发射了探测器，但是这枚探测器再次以失败告终，它虽然最终到达了火星附近，但是却没有能够向地球发回任何数据。
1969年美国向火星发射了水手6号和水手7号。
前者于2月24日发射升空，7月31日抵达火星。
后者于3月27日发射升空，8月5日抵达火星。
这两枚探测器携带有更先进的仪器和通讯设备，它们成功掠过火星，对火星大气成分进行分析，并发回了大量照片。
苏联也于1969年向火星发射了两枚探测器，然而这次的情况更加糟糕，第一枚探测器在发射后7分钟因故障发生爆炸，而另一枚探测器发射后不到1分钟就坠向了地面
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