大气结构
依据气温变化,火星大气可分为三层:低层大气、中层大气、高层大气(热气层)、逸散层。
火星气候
由于火星的自转轴有明显倾斜,亦有明显的四季变化,不过一季约为地球的两倍长。另一不同于地球的是,火星的轨道离心率比地球大,就是火星近日点、远日点的差别较大,当位于近日点时,南半球处夏季,比北半球远日点夏季所造成的升温更强,而北半球的冬天亦比南半球的冬天冷。
大气环流
火星大气环流主要为单胞环流,由赤道相对热空气上升,漂至极区下沉,再沿地面回到赤道。另外,在火星的夏半球,极冠的二氧化碳升华进入大气,使气压升高;而冬半球由于二氧化碳凝华,气压下降,由于进出大气的二氧化碳量高达25%,造成南北压力差,空气便倾向由高压的夏半球流向低压的冬半球,形成另一依季节而变向的环流。因此火星的天气系统趋向成为全球性的,例如尘暴。
尘暴
由于火星气压低,当太阳甫照地表时,大气便能快速增加动能,风速大,加上低重力,尘埃很容易被卷入空中。而就在南半球春夏季时,增温快,易形成强烈的风,卷起的狂沙再加强增温,风速更快,终于形成尘暴,从太空可看到一片褐色尘云旋转、移动。而这些区域性尘暴有些甚至发展成全球性尘暴,将整个星球笼罩在橘雾之下。水手9号到达火星的时候,火星被全球性尘暴遮住而无法观测。
尘卷风
地球干燥沙漠地常发生,在火星也一样常见。尘卷风(dudevils)宛如迷你形龙卷风,当地表被加热时,上方空气变上升、旋转,挟带砂石,在地表上游走,在经过的地方因为把上层浅沙带走,留下深色轨迹。
火星的云层与南极冠
火星的云层与南极冠
云
火星的云不像地球那么多又较厚实,由于冷、干、气压低,火星的云通常不多且薄,有些是水冰构成,有些是干冰构成,如果参杂沙尘则由白色变成黄色的黄云,另外一些常见的云,如:塔尔西斯山区和埃律西姆山区的山云、哈伯太空望远镜中常见的赤道云、火星边缘的蓝色云霭等。
甲烷的发现
2003年火星大冲时用地面望远镜在其大气中发现了甲烷。2004年3月,火星奥德赛号确认了这一发现。甲烷的存在是很有趣的,因为这是种不稳定的气体,容易被强烈紫外线分解为自由的碳与氢,因此现在(或者最近几百年内)在火星上一定存在某个不明来源,火山作用,彗星或小行星撞击,还有甲烷古菌都有可能。
火星卫星
火星有两个卫星,为火卫一(oos都和火星以潮汐力互相锁定,因此他们总是以一面对着火星。因为phobos的公转绕轨道比火星自转更快,所以潮汐力会慢慢但稳定地减小它的轨道半径。未来,phobos将会被万有引力所瓦解。(参见洛希极限)另一方面deimos因为离火星足够远,所以它的轨道反而正在慢慢地被推进。
两颗卫星是在1877年被阿瑟夫·浩尔(asaphhall)发现的,被以希腊神话中的福波斯和德莫斯命名,os在古希腊神话里是战神玛尔斯的儿子.
火星卫星名称直径(k)公转周期
火卫一(phobos)平均22.2
(实际27x21.6x18.8)1.08x101693787.66小时
火卫二(deimos)平均12.6
(实际10x12x16)2x101523,40030.35小时
从火星上看,os角直径大约2.而太阳的角直径大约是21.
而这两颗卫星都是于1877年由hall发现的。
火星观测
因为火星的火红色,炽热的神秘外表,总令人浮想联翩,自古就吸引着人们,而希腊文明更是冠之以战神之名。不过此时人们观测火星的目的就如同其他天体般,大部分是为了占星,而真正为了科学目的的是在十七世纪之后,例如开普勒在提出行星运动定律时就是依据第谷对于火星运行的大量而精密的观测资料。
自从望远镜发明后,开始有更进一步的观测。第一个将望远镜往天上瞧的伽利略所见之火星只是一个橘红小点,而随着望远镜的发展,观测者开始辨别到一些明暗特征,而惠更斯依此测出火星自转周期约为24.6小时,他亦为首次纪录南极冠的人。而一开始大家各自观测,意见亦不一致,命名也未统一(例如用绘制者命名)。不过后来意大利的乔瓦尼·夏帕雷里(giovannihiaparelli)统合了各家说法而绘制了一个较可信的地图,而命名取自地中海、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(lacuare)等水体,如太阳湖(——theseaofsireniajor);而亮区则是陆地,如亚马逊(amazonis),而这个命名系统也延续下来。
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,他把这些细线命名为水道(c****i),不过后来就被曲解了。水道(c****i)被误译为运河(c****).
后来由于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海洋的说法。
帕西瓦尔·罗威尔(ivallowell)用小倍数望远镜观察到了火星运河,他宣称那些火星表面的痕迹显然是人工挖掘的
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