火星

古罗马人称火星为“玛尔斯”，是罗马神话中的“战神”，古巴比伦人也称为“红色星球”，因其为红色。

在古中国，取其“荧荧如火、亮度与位置变化甚大使人迷惑”之意，命名“荧惑”。《尚书·舜典》记载：“在璿玑玉衡以齐七政。”孔颖达疏：“七政，其政有七，于玑衡察之，必在天者，知七政谓日月与五星也。木曰岁星，火曰荧惑星，土曰镇星，金曰太白星，水曰辰星。”今日则取名“火星”。 

极地冰冠

2007年3月，NASA的一项研究表明南极冠的冰假如全部融化，可覆盖整个星球。推论有更大量的水冻在厚厚的地下冰层（cryosphere），只有当火山活动时才有可能释放出来。史上最大的一次是在水手谷形成时，大量水释出，造成的洪水刻划出众多的河谷地形，流入克里斯平原。另一次较小的一次，是在五百万年前科伯洛斯槽沟（CerberusFossae）形成时，释出的水在埃律西姆平原（ElysiumPlanitia）形成冰海，至2019年仍能看见痕迹。

对于火星上有冰存在的直接证据在2008年6月20日被美国宇航局的凤凰号发现，凤凰号在火星上挖掘发现了八粒白色的物体，当时研究人员揣测这些物体不是盐（在火星有发现盐矿）就是冰，而四天后这些白粒就凭空消失，因此这些白粒一定升华了，盐不会有这种现象。火星全球勘测者所照的高分辨率照片显示出有关液态水的历史。尽管有很多巨大的洪水道和具有树枝状支流的河道被发现，还是没发现更小尺度的洪水来源。推测这些可能已被风化侵蚀，表示这些河道是很古老的。

火星全球勘测者高解析照片也发现数百个在陨石坑和峡谷边缘上的沟壑。它们趋向坐落于南方高原、面向赤道的陨石坑壁上。因为没有发现部分被侵蚀或被陨石坑覆盖的沟壑，推测他们应是非常年轻的。有个特别引人注目的例子。短短6年，这个沟壑又出现新的白色沉积物。NASA火星探测计划（MarsExplorationProgram）的首席科学家麦克·梅尔（MichaelMeyer）表示，只有含大量液态水才能形成这样的样貌。而水是出自降水、地下水或其他来源仍是一个疑问。不过有人提议，这可能是二氧化碳霜或是地表尘埃移除造成的。11米深。另外，地下的水冰永冻土可由极区延伸至纬度约60°的地方。 

探索生命

火星探测器拍到景象

最近距离地球约为5500万公里，最远距离则超过4亿公里。两者之间的近距离接触大约每15年出现一次。1988年火星和地球的距离曾经达到约5880万公里，而在2018年两者之间的距离达到5760万公里。但在2003年的8月27日火星与地球的距离仅为约5576万公里，是6万年来最近的一次。不过据天文学家推算，在从公元1600年到2400年这800年间，火星与地球的近距离只能排在第三位。根据推算结果，到2366年9月2日，两者之间的距离将为约5571万公里。而到2287年8月28日，两者将更为接近，距离为约5569万公里。一般来说，火星和地球距离近的年份是最适合登陆火星和在地面对火星观测的时机。 

卫星光环

火星有两个天然卫星：火卫一，和火卫二，形状不规则，可能是捕获的小行星。火卫一（Phobos，英语发音“FOHbus”中译：弗铂斯）呈土豆形状，一日围绕火星3圈，距火星平均距离约9378公里。它是火星的两颗卫星中较大也是离火星较近的一颗。火卫一与火星之间的距离也是太阳系中所有的卫星与其主星的距离中最短的，从火星表面算起只有6000千米。它是太阳系中最小的卫星之一，也是太阳系中反射率最低的天体之一。火卫一上有一个巨大的撞击坑，叫斯蒂克尼撞击坑，由于轨道离火星很近，火卫一的转动快于火星的自转。因此从火星表面看火卫一从西边升起，在4小时15分钟或更短的时间内划过天空在东边落山。由于轨道周期短以及潮汐力的作用火卫一的轨道半径在逐渐变小，最终它将撞到火星表面，或者破碎形成火星环。

火卫二（Deimos，中译：戴摩斯）是火星最小的一颗卫星，平均半径为6.2千米（3.9英里），逃逸速度为5.6m/s（20km/h）。它是火星较小和较外侧的已知卫星，另一颗是火卫一。火卫二与火星的距离是23460千米（14580英里）以30.3小时的周期环绕火星，轨道速度为每秒1.35公里。在希腊神话中Deimos是阿瑞斯（Ares）与阿芙罗狄蒂（Aphrodite）的另一个儿子。“Deimos”在希腊语中意味着“惊慌”。

火星的火红色，自古就吸引着人们，而古希腊更是称之为战神。此时人们观测火星就和其他天体般，大部分是为了占星，而为了科学目的主要在17世纪之后，如开普勒探索行星运动定律时就是依据了第谷积累的大量而精密的火星运行的观测资料。

乔瓦尼·斯加帕雷里所绘之火星地图。望远镜发明后，人们对火星可以进行更进一步的观测。第一个使用望远镜观测星空的伽利略所见的火星只是一个橘红小点，然而随着望远镜的发展，观测者开始辨别到一些明暗特征。惠更斯依此测出火星自转周期约为24.6小时，他亦为首次纪录火星南极冠的人。一开始由于各人各自观测，意见亦不一致，地名也未统一（例如用绘制者名字命名）。后来意大利的乔瓦尼·斯加帕雷里（GiovanniSchiaparelli）统合了各家说法而绘制了一个较可信的地图，地名取自地中海、中东等的地名和圣经等作为来源，而其余则依照旧有的观念：暗区被认为是湖（lacus）海（mare）等水体，如太阳湖（SolisLacus——LakeoftheSun）、塞壬海（MareSirenum——theSeaofSirens）、最明显的暗大三角——大塞地斯（SyrtisMajor）；而亮区则是陆地，如亚马逊（Amazonis）。这个命名系统一直延续下来。

当时，斯加帕雷里和同期观测者一样，观察到了火星表面似乎有一些从暗区延伸出的细线，因为对于暗区是水体的传统，这些细线命名为水道（canali）。而后来观察到暗区会在冬季时缩小、夏季时扩张，有人提出暗区是植物覆盖、而暗区的扩大缩小则是消长所引起的，改变以往认为暗区是水的说法。帕西瓦尔·罗威尔（PercivalLowell）亦观察到，并宣称那些“水道”其实是人工挖掘的“运河”，用来灌溉植物，因为水道应太细不可见，而看到的细线应是灌溉出的大片植物。风靡大众的火星科幻和火星人即源于此。不过这些细线大多已证明是不存在的，部分则是峡谷或陨石坑后延伸出的深色沙子。而火星表面颜色的改变则是因为沙被风吹移，或发生火星尘暴。

2020年7月，太空爱好者组织ElderFoxDocumentaries将NASA几个火星探测器从火星表面捕捉到的数千张图片拼接在一起，创造出了4K全景图，并通过平移来创造出类似于实时视频的效果 。

2021年3月4日，国家航天局发布3幅由我国首次火星探测任务天问一号探测器拍摄的高清火星影像图，包括2幅黑白图像和1幅彩色图像 。3月26日，国家航天局发布2幅由我国首次火星探测任务天问一号探测器拍摄的南、北半球火星侧身影像。图像中，火星呈“月牙”状，表面纹理清晰。南半球影像由天问一号中分辨率相机于北京时间2021年3月16日拍摄，此时环绕器轨道高度约1.12万公里；北半球影像由天问一号中分辨率相机于北京时间2021年3月18日拍摄，此时环绕器轨道高度约1.15万公里。 

探测理由

1996年，著名天文学家卡尔·萨根在应NASA（美国宇航局）要求而写的报告中列举了探测火星的理由：

1．火星是地球上人类可以探索的距离较近的行星之一。

2．大约40亿年以前，火星与地球气候相似，也有河流、湖泊甚至可能还有海洋，未知的原因使得火星变成这个模样。探索使火星的气候变化的原因，对保护地球的气候条件具有重大意义。

3．火星有一个巨大的臭氧洞，太阳紫外线没遮拦地照射到火星上。可能这就是海盗1号、海盗2号未能找到有机分子的原因。火星研究有助于了解地球臭氧层一旦消失对地球的极端后果。

4．在火星上寻找历史上曾经有过的生命的化石，这是行星探测中最激动人心的目的之一，如果找到，就意味着只要条件许可生命就能在宇宙中行星上崛起。

5．查明火星上有无绿洲，绿洲上有无生命以及生命存在的形式类型。

6．火星探测是许多新技术的试验场地，这些技术包括大气制动利用火星资源产生氧化剂和燃料返程用遥控自动仪和取样远程通讯等。

7．虽然南极陨石提供了火星上少数未知地域的样本，但只有空间探测才能窥其全貌。

8．从长期来看，火星是一个可供人们移居的星球。

9．由于历史的原因，火星探测是进行国际合作的理想项目。

苏联、美国、欧洲、日本、印度、中国共已发射数十艘太空船研究火星表面、地质和气候，包括轨道卫星、登陆器和漫游车总计大约有三分之二的任务在完成前或是才要开始时就因种种原因而失败，将物体由地球地表送往火星约要花费每公斤30900美元。

探测历史

探测器名称

发射时间

抵达时间

国家

结果

火星1A号（火星1960A）

1960年10月10日14时27分49秒

—

苏联

失败

火星1B号（火星1960B）

1960年10月14日13时51分03秒

—

苏联

失败

卫星22号（火星1962A）

1962年10月24日17时55分04秒

—

苏联

失败

火星1号

1962年11月1日17时55分04秒

—

苏联

失败

（卫星24号火星1962B）

1962年11月4日15时35分15秒

—

苏联

失败

水手3号

1964年11月5日19时22分05秒

—

美国

失败

水手4号

1964年11月28日14时22分01秒

—

美国

成功

探测器2号

1964年11月30日13时12分

—

苏联

失败

探测器3号

1965年7月18日14时38分

—

苏联

失败

水手6号

1969年2月24日

1969年7月31日

美国

成功

水手7号

1969年3月27日

1969年8月5日

美国

成功

火星2A号（火星1969A）

1969年

—

苏联

失败

火星2B号（火星1969B）

1969年4月2日10时33分00秒

—

苏联

失败

水手8号

1971年5月9日01时11分02秒

—

美国

失败

水手9号

1971年5月30日22时23分04秒

1971年11月14日

美国

成功

宇宙419号

1971年5月10日16时58分42秒

—

苏联

失败

火星2号

1971年5月19日16时22分44秒

—

苏联

部分成功

火星3号

1971年5月28日15时26分30秒

—

苏联

部分成功

火星4号

1973年7月21日19时30分59秒

—

苏联

失败

火星5号

1973年7月25日18时55分48秒

—

苏联

失败

火星6号

1973年8月5日17时45分48秒

—

苏联

失败

火星7号

1973年8月9日17时00分17秒

—

苏联

失败

海盗1号

1975年8月20日21时22分00秒

1976年7月20日着陆

美国

成功

海盗2号

1975年9月9日18时39分00秒

1976年9月3日着陆

美国

成功

火卫一1号

1988年7月7日17时38分04秒

—

苏联

失败

火卫一2号

1988年7月12日17时01分43秒

—

苏联

失败

火星观察者

1993年8月21日

抵火星轨道前与地球失去联系

美国

失败

火星全球勘测者

1996年11月7日17时00分49秒

1997年9月11日

美国

成功

火星96

1996年11月16日20时48分53秒

—

俄罗斯

失败

火星探路者

—

1997年在火星着陆

美国

成功

希望号（行星-B）

1998年7月3日18时12分

—

日本

失败

火星气候探测器

1998年

—

美国

失败

深空2号随火星极地着陆者

1999年1月3日20时21分10秒

抵达火星前被坠毁

美国

失败

奥德赛

2001年4月7日15时02分22秒

—

美国

成功

火星快车

2003年6月2日17时45分26秒

—

欧空局

部分成功

勇气号火星漫游车

2003年6月10日17时58分47秒

2004年1月4日着陆

美国

成功

机遇号火星探测车

2003年7月8日03时18分15秒

2004年1月25日着陆

美国

成功

火星勘测轨道飞行器

2005年5月18日

2006年3月10日入轨

美国

成功

凤凰号火星极地探测器

2007年8月4日09时26分35秒

2008年5月25日着陆

美国

成功

火卫一-土壤搭载中国萤火一号

2011年11月8日

—

俄罗斯

失败

好奇号火星车

2011年11月26日

2012年8月6日登陆

美国

成功

火星大气与挥发演化探测器

（即MAVEN火星探测器）

2013年11月18日

2014年9月22日 成功抵达火星轨道

美国

成功

曼加里安号火星探测器

2013年11月5日

2014年9月24日7:42成功进入火星轨道

印度

成功

“洞察”号火星无人着陆探测器

鼹鼠”热探测器钻 

2018年5月5日

2018年11月26日14:54着陆 

美国

成功

毅力号探测器

机智号直升机 

2020年7月30日19时50分

2021年2月19日4:55着陆

美国

成功

希望号探测器

2020年7月20日凌晨01:58分

2021年2月9日入轨

阿联酋

成功

天问一号着陆巡视器“祝融号”火星车 

2020年7月23日12时41分 

2021年5月15日7时18分着陆 

中国

成功

随着水手4号传回的充满陨石坑的火星照片粉碎了人们对火星文明的幻想，认为火星只是一处如月球般布满陨石坑的死寂星球。但随着往后水手9号等的巨大峡谷、火山和疑似流水遗迹的发现，火星的独特性、液态水和生命的可能又重新引起人们的兴趣。

2010年6月3日，俄罗斯开始在莫斯科进行世界首个模拟火星之旅实验，6名来自俄罗斯、中国、法国等国的志愿者将在狭小的模拟密封舱内生活520个日夜。

2014年6月28日，美国宇航局成功发射低密度超音速减速器，用来测试未来大型航天器着陆火星所需要的多项技术。 

充气式防热罩

这样一种充气式防热罩可帮助航天器到达在现有技术条件下无法企及的火星高海拔南部平原和其他区域。专家指出，与在没有大气层的月球上不同，仅仅用火箭是无法让一枚大型航天器在火星上着陆的，而对于把人类送往火星所需的大型航天器来说，降落伞也不行。所以研究人员设计了一些充气环。环内充满氮气，上面覆盖着隔热层。在着陆展开时，它们就像一朵巨大的蘑菇一样立在航天器顶部。

专家说，这项充气技术还可用于探索其他具有大气层的行星和星体的航天器，比如金星、木星、土星最大的卫星土卫六等。由于充气环是由轻质材料制成，而且内部充有氮气，在航天器上就能为科学实验和宇航员所需的其他东西留出更多空间。充气环上面覆盖着由一层层耐热材料构成的隔热层。 

2021年2月5日20时，“天问一号”探测器发动机点火工作，顺利完成地火转移段第四次轨道中途修正，以确保按计划实施火星捕获。国家航天局同步公布了“天问一号”传回的首幅火星图像。 

2021年4月24日上午，中国第一辆火星车命名揭晓，名称为“祝融” 。

2021年5月15日，国家航天局消息，科研团队根据“祝融号”火星车发回遥测信号确认，天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。 

未来任务

地球轨道低上的双核动力转换推进器的飞船概念图

火星上甲烷的可能来源和转化机制

火星曾适合生命存在。火星上是否存在适合生命存在的物质，一直是人类试图揭开的谜底。对于这个疑问，“好奇”号火星车在火星探索7个月后，科学家给出肯定的答案。美国航天局12日宣布，“好奇”号火星车对火星基岩样品的分析显示，火星古代环境确曾适合生命存在。 

好奇号利用机械臂末端的钻头钻取了火星表面一块基岩的样品，这也是人类设计的机器人首次获取火星岩石样本。好奇号配备的火星样本分板仪、化学与矿物学分析仪对其进行了分析，结果显示，样品中含有磷、氮、氢、氧、碳，这些都是支持生命存在的关键化学成分。

好奇号2018年拍摄的盖尔陨石坑中蠕虫状化石，可能在水下形成

Alga撞击坑的玻璃沉积物（绿斑），是保存古生物的潜在地点

真实的火星地表景观

在生命起源的研究中，科学家提出了一个“焦油悖论”，该理论认为早期生命物质都是由有机体组成的，在外部能量源的作用下，有机体并不会向生命分子方向演化，反而会变成焦油类物质。此外，火星陨石的研究还发现，早期火星上存在硼元素是生命分子启动的关键因素，由此引发了第二个悖论，即某一时期的地球几乎被液态水覆盖，阻止了一定浓度的硼形成，该物质只发现一些非常干燥的地方，比如死亡谷，由此科学家认为早期地球上不具备启动生命进程的条件，反而在湿润的火星更具有这样的潜力。 与此同时，科学家在地球上发现了火星陨石比之前认为的要年轻很多，这意味着火星上仍然在活跃的地质活动，加拿大安大略省皇家博物馆的火星陨石样本可追溯到2亿年前的火星熔岩流，但也有研究称一些火星岩石年龄或达到40亿岁。

2013年12月9日，美国“好奇”号火星探测器有重大发现，在火星上发现了存在古湖泊的证据，湖里的水可能是可以饮用的淡水。这是当地曾经长期存在湿润环境，并有简单生命出现的证据。“好奇”号探测任务的首席科学家格罗茨格尔（JohnGrotzinger）表示，如果将地球上的微生物放到火星上的湖泊里可以存活并生长。 2015年科学家经过对火星陨石样本的检测，发现火星表面大气甲烷浓度较高的地区或有微生物存在。但到了2016年1月，《国际微生物生态学会会刊》上称，对地球上最类似火星北极的地方进行了长达4年的研究，没有发现任何活跃生命存在的迹象。这一研究结果或许给那些试图在火星找到生命的科学家泼了一盆冷水。 然而，2019年前美国航空航天局科学家吉尔伯特·莱文称，40多年前，火星上就发现了生命的痕迹。莱文说的这项研究是在1976年进行的，作为维京计划的一部分，该计划涉及在火星土壤样品中寻找生命的痕迹 。

罗威尔绘制的火星运河