火星(希臘語: 阿瑞斯)被稱為戰神。這或許是由于它鮮紅的顏色而得來的；火星有時被稱為“紅色行生”。（趣記：在希臘人之前，古羅馬人曾把火星人微言輕農耕之神來供奉。而好侵略擴張的希臘人卻把火星作為戰爭的象征）而月份三份的名字也是得自于火星。

　　火星在史前時代就已經為人類所知。由于它被認為是太陽系中人類最好的住所（除地球外），它受到科幻小說家們的喜愛。但可惜的是那條著名的被Lowell“看見”的“運河”以及其他一些什么的，都只是如Barsoomian公主們一樣是虛構的。

　　第一次對火星的探測是由水手4號飛行器在1965年進行的。人們接連又作了幾次嘗試，包括1976年的兩艘海盜號飛行器（左圖）。此后，經過長達20年的間隙，在1997年的七月四日，火星探路者號終于成功地登上火星（右圖）。

　　火星的軌道是顯著的橢圓形。因此，在接受太陽照射的地方，近日點和遠日點之間的溫差將近30攝氏度。這對火星的氣候產生巨大的影響。火星上的平均溫度大約為218K（-55℃，-67華氏度），但卻具有從冬天的140K（-133℃，-207華氏度）到夏日白天的將近300K（27℃，80華氏度）的跨度。盡管火星比地球小得多，但它的表面積卻相當于地球表面的陸地面積。

　　除地球，火星是具有最多各種有趣地形的固態表面行星。其中不乏一些壯觀的地形：

　　－ 奧林匹斯山脈： 它在地表上的高度有24千米（78000英尺），是太陽系中最大的山脈。它的基座直徑超過500千米，并由一座高達6千米（20000英尺）的懸崖環繞著（右圖）；

　　－ Tharsis: 火星表面的一個巨大凸起，有大約4000千米寬，10千米高；

　　－ Valles Marineris: 深2至7千米，長為4000千米的峽谷群（標題下圖）；

　　－ Hellas Planitia: 處于南半球，6000多米深，直徑為2000千米的沖擊環形山。

　　火星的表面有很多年代已久的環形山。但是也有不少形成不久的山谷、山脊、小山及平原。

　　在火星的南半球，有著與月球上相似的曲型的環狀高地（左圖）。相反的，它的北半球大多由新近形成的低平的平原組成。這些平原的形成過程十分復雜。南北邊界上出現幾千米的巨大高度變化。形成南北地勢巨大差異以及邊界地區高度劇變的原因還不得而知（有人推測這是由于火星外層物增加的一瞬間產生的巨大作用力所形成的）。最近，一些科學家開始懷疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方。這個疑點將由“火星全球勘測員”來解決。

　　火星的內部情況只是依靠它的表面情況資料和有關的大量數據來推斷的。一般認為它的核心是半徑為1700千米的高密度物質組成；外包一層熔巖，它比地球的地幔更稠些；最外層是一層薄薄的外殼。相對于其他固態行星而言，火星的密度較低，這表明，火星核中的鐵（鎂和硫化鐵）可能含帶較多的硫。

　　如同水星和月球，火星也缺乏活躍的板塊運動；沒有跡象表明火星發生過能造成像地球般如此多褶皺山系的地殼平移活動。由于沒有橫向的移動，在地殼下的巨熱地帶相對于地面處于靜止狀態。再加之地面的輕微引力，造成了Tharis凸起和巨大的火山。但是，人們卻未發現火山最近有過活動的跡象。雖然，火星可能曾發生過很多火山運動，可它看來從未有過任何板塊運動。

　　火星上曾有過洪水，地面上也有一些小河道（右圖），十分清楚地證明了許多地方曾受到侵蝕。在過去，火星表面存在過干凈的水，甚至可能有過大湖和海洋。但是這些東西看來只存在很短的時間，而且據估計距今也有大約四十億年了。（Valles Marneris不是由流水通過而形成的。它是由于外殼的伸展和撞擊，伴隨著Tharsis凸起而生成的）。

　　在火星的早期，它與地球十分相似。像地球一樣，火星上幾乎所有的二氧化碳都被轉化為含碳的巖石。但由于缺少地球的板塊運動，火星無法使二氧化碳再次循環到它的大氣中，從而無法產生意義重大的溫室效應。因此，即使把它拉到與地球距太陽同等距離的位置，火星表面的溫度仍比地球上的冷得多。

　　火星的那層薄薄的大氣主要是由余留下的二氧化碳（95.3％）加上氮氣（2.7％）、氬氣（1.6％）和微量的氧氣（0.15％）和水汽（0.03％）組成的。火星表面的平均大氣壓強僅為大約7毫巴（比地球上的1％還小），但它隨著高度的變化而變化，在盆地的最深處可高達9毫巴，而在Olympus Mons的頂端卻只有1毫巴。但是它也足以支持偶爾整月席卷整顆行星的颶風和大風暴。火星那層薄薄的大氣層雖然也能制造溫室效應，但那些僅能提高其表面5K的溫度，比我們所知道的金星和地球的少得多。

　　火星的兩極永久地被固態二氧化碳（干冰）覆蓋著。這個冰罩的結構是層疊式的，它是由冰層與變化著的二氧化碳層輪流疊加而成。在北部的夏天，二氧化碳完全升華，留下剩余的冰水層。由于南部的二氧化碳從沒有完全消失過，所以我們無法知道在南部的冰層下是否也存在著冰水層（左圖）。這種現象的原因還不知道，但或許是由于火星赤道面與其運行軌道之間的夾角的長期變化引起氣候的變化造成的。或許在火星表面下較深處也有水存在。這種因季節變化而產生的兩極覆蓋層的變化使火星的氣壓改變了25％左右（由海盜號測量出）。

　　但是最近通過哈勃望遠鏡的觀察卻表明海盜號當時勘測時的環境并非是典型的情況。火星的大氣現在似乎比海盜號勘測出的更冷、更干了（詳細情況請看來自STScI站點）。

　　海盜號嘗試過作實驗去決定火星上是否有生命，結果是否定的。但樂觀派們指出，只有兩個小樣本是合格的，并且又并非來自最好的地方。以后的火星探索者們將繼續更多的實驗。

　　一塊小隕石（SNC隕石）被認為是來自于火星的。

　　1996年8月6日，戴維·朱開(David McKay) 等人宣稱，在火星的隕石中首次發現有有機物的構成。那作者甚至說這種構成加上一些其他從隕石中得到的礦物，可以成為火星古微生物的證明。（左圖？）

　　如此驚人的結論，但它卻沒有使有外星人存在這一結論成立。自以戴維·朱開發表意見后，一些反對者的研究也被發布。但任何結論都應當“言之有理，言之有據”。在沒有十分肯定宣布結論之前仍有許多事要做。

　　在火星的熱帶地區有很大一片引力微弱的地方。這是由火星全球勘測員在它進入火星軌道時所獲得的意外發現。它們可能是早期外殼消失時所遣留下的。這或許對研究火星的內部結構、過去的氣壓情況，甚至是古生命存在的可能都十分有用。

　　在夜空中，用肉眼很容易看見火星。由于它離地球十分近，所以顯得很明亮。邁克·哈衛的行星尋找圖表顯示了火星以及其它行星在天空中的位置。越來越多的細節，越來越好的圖表將被如星光燦爛這樣的天文程序來發現和完成。

　　南北半球的地貌差異

　　自1976年“海盜號”探測器和20年后“全球勘探者”查明火星地形的全貌以來，我們知道火星南北半球表面的地貌有很大差異。北半球幾乎是光滑的平地，環形山為數不多，而南半球由許多環形山覆蓋。這個事實表明，南半球是比北半球更古老的地形。赤道一帶有因大規模火山活動造成的塔爾西斯山區。火星南北半球地貌差異巨大，成因一直是未解之謎。美國科學家最近在《自然》雜志發表文章認為，小行星或彗星等外力猛烈撞擊是造成火星南北差異的原因。他們認為，數十億年前，小行星或彗星猛烈撞擊年輕的火星，造成地表巨大差異。不過，也有一些科學家認為，最新研究成果雖然為撞擊說提供了更多論據，但仍無法完全排除其他可能，如火星自身的地質運動。

　　巨大的沙塵暴之謎

　　人類通過“水手9號”和“海盜號”探測器觀測到火星上巨大的沙塵暴，而且“全球勘探者”也于2001年觀測到幾乎覆蓋火星的大規模沙塵暴。大規模沙塵暴大多是在南半球的冬春兩季頻繁發生。例如2001年6月發生的一場沙塵暴。一開始只是南半球赫拉斯盆地上空的一團塵云，接著它的體積稍微有所增大，但是到了6月27日那天，風暴開始肆虐，塵云也急速膨脹起來。到7月初，塵云已擴散到盆地之外，并蔓延到整個火星上空。沙塵暴直到9月底才結束，但是卷起在高層的沙塵還照樣浮游在大氣中，所以到11月火星看上去還

　　是朦朧不清。

　　火星的大氣很稀薄，只有地球的十幾分之一。從理論上來說，大氣大循環模型所表現的大規模的風，按火星上那樣的條件不能輕易地刮起來，所以欲從表面揚起沙塵是困難的。盡管如此，實際上大規模沙塵暴還是發生了。這是為什么呢?

　　迄今為止，沒有人能對“火星上的沙塵暴是如何迅速席卷全球”這一疑問做出正確解釋，但是人們趨向于這樣一種理論：由于空氣中的塵埃顆粒吸收了太陽光，使它們周圍的空氣迅速升溫。大風卷起火星表面更多塵土，導致氣溫進一步升高，這一循環機制使得小面積的塵云最終演化成了火星全球性的大沙塵暴。

　　與此相比，地球上沒有全球性的大沙塵暴。這是因為地球上不存在火星那樣全球蔓延的大沙漠，而沙塵暴是靠自我給養的。其次，地球的氣溫主要受制于水蒸氣中所蘊含的熱能，空氣中的塵粒對氣溫的影響不大。而在火星上，情況則完全不同，因為塵土吸收了太陽光，能導致干燥的空氣驟然升溫，進而形成強風，揚起更多的塵土。

　　水的存在之謎

　　眾所周知，人們探測火星最感興趣的是是否存在水，因為水關系到生命的存在。從火星各地發現的稱之“河谷網”這樣的河流痕跡的地形推測火星上曾經有過大量的水。近期，美國宇航局“風凰”號登陸器在火星極地冰帽以外的地方發現了水冰存在證據。對于了解火星地表是否適于居住，此次發現無疑是至關重要的第一步。

　　現在，科學家們確信火星上曾經有過大量的液態水。可是水是從哪里來的呢?最有可能的一種解釋是來自富含硫酸的地下水。這是因為“勇氣號”發回的巖石光譜圖顯示，巖石成分有多達40％是硫酸鹽。地下水通過火山巖層滲透上來，有時會淹沒火星表面，形成淺湖或淺海，然后，水蒸發了，地面留下一層薄薄的硫酸鹽，這樣的過程在火星上可能多次發生。于是就累積成了厚厚的含硫酸鹽的巖層。

　　也有科學家認為北半球的低地曾經是海。赫拉斯盆地或阿爾蒂雷平原還積存著水。那么說大量存在的水流到哪里去了呢?現在，確認火星上存在水僅是在兩極的冰和大氣中的　　一點點水蒸氣。水是蒸發了，它是發散到宇宙空間中去了呢?還是滲入了地下呢?或者至今還作為凍土狀態存在呢?

　　不少科學家認為水是滲入地下，這與“奧德賽”探測器的觀測結果剛好不謀而合。事實上，這次“奧德賽”的觀測目的之一是尋找火星上水的存在。在這個觀測中使用了伽馬射線

　　分光儀。當“奧德賽”探測器在降低飛行軌道首次掠過火星時，伽馬射線分光儀在南極以北區域的土壤中檢測到放射的中子和伽馬射線，由此知道地表和近地表層的氫濃度，這顯示火星上存在水冰的跡象，并且知道永久凍土的量以及隨季節的變化。

　　那么，我們從中子和伽馬射線又是怎么知道氫原子存在的呢?眾所周知，火星上沒有稠密大氣，當受到宇宙強射線撞擊時，其地表就會釋放很強的中子流。這些中子在穿越火星近地表層時，會與各種元素的原子核發生碰撞。當中子撞到水中的氫原子核時，會減速并釋放部分熱能的中子飛出，如果被氫等其他的原子吸收，則放射出伽馬射線。所以，如果熱中子的量少，伽馬射線的量多時，則認為氫的濃度高。

　　從伽馬射線分光儀發回的數據表明，在南半球南緯60度以南地區熱中子的量少，而氫吸收中子時釋放能量的伽馬射線量上升。另外，北半球部分也有同樣的地區。這些事實顯示南緯60度以南地區有距地表1米左右的永久凍土，好像存在大量的冰。如果這個推斷是

　　正確的話，將來在永久凍土中探尋生命痕跡的使命中，這些地區將成為勘探的對象。

　　磁場消失之謎

　　1996年“全球勘探者”為了進入火星的圓軌道，采用大氣進行制動的方式，沒想到太陽電池板的一側沒能充分打開，導致了空氣制動的時間延長。由于比預定的距離更接近火星表面，所以得以進行精密的磁測量，結果“全球勘探者”在南半球的某些地方發現了磁干涉條紋。

　　現在的火星不存在磁場，但是知道過去的磁場局部被保存在巖石中，而且根據不同的

　　地方，磁性的方向發生逆轉，產生干涉條紋。這樣的磁干涉條紋在地球的海底也存在，并且作為板塊構造理論的證據。

　　火星上殘留磁性的存在，顯示這個行星曾有過磁場。但是由于早期火星的核冷卻，磁場消失了。因磁干涉條紋僅在南半球看到，北半球沒有發現，所以科學家認為北半球的地形是在磁場消失后形成的或內部的熱和水攪在一起造成的異常使磁性消失。綜上所述，我們僅知道火星上存在過非常強的磁場，有什么東西制造了干涉條紋，以及在某個時期磁場消失了。至于為什么北半球沒有磁干涉條紋，為什么在南半球僅是在某些地方有呢?這些問題人類還沒有找到答案。