火星的基本資料
火星是太陽系九大行星之一,按離太陽由近到遠(yuǎn)的順序,火星排在地球的后面,列為第四.它的平均直徑為6790公里,約為地球直徑的一半.它的密度也比地球小,為3.933克/立方厘米（地球為5.52克/立方厘米）.火星與太陽的平均距離為228000000公里,環(huán)繞太陽一圈約相當(dāng)于地球上的687天.火星上的一天相當(dāng)于地球上的24小時37分22.6秒,比地球的一天稍長一點兒.火星有兩個小衛(wèi)星：火衛(wèi)一和火衛(wèi)二.火星的自轉(zhuǎn)軸同地球一樣,也是傾斜的,同時因為它也具有大氣,所以也和地球一樣有四季節(jié)變化.火星表面的平均大氣溫度為零下23攝氏度.火星沒有可檢測出的磁場,連同它密度小的情況,可以認(rèn)定它沒有大型的金屬內(nèi)核.火星有稀薄的大氣,其表面的大氣壓為7.5毫巴,相當(dāng)于地球上30～40公里高度處的大氣壓.火星大氣的主要成分（約95％）是二氧化碳,有約 3％的氮,1～2％的氬,合起來約為0.1％的一氧化碳和氧,還有極少量的臭氧和氫,水汽的數(shù)量很少,隨季節(jié)和位置而變化,平均約為大氣總量的0.01％.如果火星大氣中的水全部凝聚,也只能形成0.01％毫米厚的水膜覆蓋整個火星表面.和地球上相似,火星大氣中也飄浮著云,但和地球上不同的是,火星大氣中云的主要成分是二氧化碳和水.火星極區(qū)的冬季,大氣溫度低于二氧化碳的凝固點,因而形成覆蓋極區(qū)的濃霧狀的干冰云.經(jīng)測定,極區(qū)的云中也有冰的成分.中緯度地區(qū)的冬季,溫度也在冰點以下,水汽凝結(jié),形成冰云.
由于火星軌道的偏心率較大,火星的近日距和遠(yuǎn)日距相差4200萬公里.這就造成了火星同地球的距離有較大變化.火星與地球的距離同發(fā)生沖日的月份有關(guān).最小距離是在 8月底,在這前后發(fā)生的沖叫作近日點沖或大沖,此時火星同地球的距離只有 5,600萬公里左右.火星在軌道上運行一圈約687天,地球平均要經(jīng)過780天（最少764天,最多806天左右）才與火星相沖一次.這樣,相沖的點約16年在軌道上轉(zhuǎn)一圈.這就是說,火星大沖大約每15年或17年發(fā)生一次.上一次火星大沖發(fā)生在1986年 7月10日.今年火星沖日發(fā)生在北京時間8月29日2時,火星與地球距離最近的時刻是8月27日18時.屆時火星距離地球55758005公里,是5萬多年以來最近的一次.
火星的地貌
在望遠(yuǎn)鏡中,火星呈現(xiàn)為一個明亮而模糊的微紅色圓面.最引人注目的是,覆蓋在兩極地區(qū)的白色極冠,其大小隨火星季節(jié)而變化.在較大的望遠(yuǎn)鏡中,還可以觀測到線度至少幾百公里的明亮或黑暗區(qū)域：明亮而呈桔黃色的區(qū)域稱為“大陸”,幾乎占火星總面積的六分之五；黑暗區(qū)域稱為“海洋”,其顏色常隨季節(jié)變化.
火星南北半球之間有著令人驚異的不同.就火星的地質(zhì)史來說,南半部比較古老,表面崎嶇而密布環(huán)形山.這些環(huán)形山估計多半是在火星歷史的早期（可能是最初的十億年）形成的；北半部則以大的火山熔巖平原為特征,這些熔巖平原很象月球上的“海”,其中還有一些死火山.北半部地勢普遍比南半部低,環(huán)形山也比南半部少得多.火星表面的高低差別一般在 5～10公里左右.火星的沙漠部分被紅色的硅酸鹽、赤鐵礦等鐵的氧化物以及其他金屬的化合物所覆蓋,因而顯出明亮的橙紅色.這些覆蓋物均為較年輕的物質(zhì),可能源于火山或風(fēng)化.
火星表面上的地理特征,主要有：環(huán)形山和火山. 和月面相比,火星上環(huán)形山的數(shù)量要少得多,環(huán)形山邊緣坡度平緩（坡度都小于10°),不象月面環(huán)形山能投射出尖尖的影子,這表明環(huán)形山曾受到嚴(yán)重的侵蝕.環(huán)形山可以分為兩種：火山成因的環(huán)形山和隕石撞擊而成的環(huán)形山.以地球表面的標(biāo)準(zhǔn)來看,火星表面的許多表面結(jié)構(gòu)都算是巨型的.如火星上巨大的盾形火山比地球上的大得多.地球上夏威夷的冒納羅亞和莫納克亞兩座火山加在一起直徑約200公里,高出洋底9公里,而火星上最大的奧林匹斯火山直徑約為550公里,高出周圍地面27公里之多.還有類似這樣的大型火山,位于長達(dá)2000公里的塔西斯高地,這一地區(qū)比周圍的北半球平原高出10公里.火星的盾形火山在形狀和結(jié)構(gòu)上酷似夏威夷的盾形火山.這些破火山口一度曾是熔巖的出口.熔巖沿著火山側(cè)面流下,形成從中心向四面延伸的呈輻射狀的地形.許多直徑 100公里左右的處于不同保存狀態(tài)的火山,它們分散在火星表面,大部分在北半球.至于由隕石撞擊形成的環(huán)形山,最大的是海納斯盆地,寬達(dá)1,600公里,深至少4公里.南半球有些地區(qū)環(huán)形山密度同月球上明亮的高地環(huán)形山區(qū)差不多,推測它們形成的年代也差不多,為40～45億年.這些地區(qū)仍保留著古老的地表.北半球的大多數(shù)地區(qū)由于熔巖流的不斷覆蓋,古老的地表已不復(fù)存在.平原上的少數(shù)環(huán)形山是平原形成以后受隕石撞擊的記錄.
火星表面上最引人注目的特征是位于赤道地區(qū)的巨大的峽谷.最大的一個是位于赤道以南的水手谷,它實際上是一系列峽谷,在赤道地區(qū)延伸 4000多公里,比周圍地面低6公里.峽谷壁通常十分陡峭,有明顯的邊界,并顯示出陷落和山崩活動的跡象.一些錯綜復(fù)雜的較小的峽谷可能是地下冰融解和蒸發(fā)期間形成的,也可能是由風(fēng)或水的侵蝕造成.較大峽谷的成因至今還不知道.
現(xiàn)在的火星是一個荒涼的世界,表面不存在液態(tài)水,但在火星表面有一些寬闊而彎曲的河床.這些河床與轟動一時的“運河”完全是兩回事.這些干涸的河床,最長的約1,500公里,寬達(dá)60公里或更多.主要的大河床分布在赤道地區(qū).衛(wèi)星圖片顯示,大河床和它的支流系統(tǒng)結(jié)合,形成脈絡(luò)分明的水道系統(tǒng).同時具有呈淚滴狀的島、沙洲和辮形花紋.支流幾乎全都朝著下坡方向流去.這些河床同地球和月球上的熔巖河床不同,肯定是由比熔巖流更少粘滯性的液體造成的.這種液體估計就是水.今天的火星表面溫度很低,大部分水作為地下冰保存下來,還有一部分被禁錮在永久的極冠之中.極稀薄的大氣,使得冰在溫度足夠高時只能直接升華為水汽.自由流動的水看來是無法存在的.有人認(rèn)為,在火星歷史的早期,頻繁的火山活動排出大量氨和甲烷等火山氣體,這種濃厚的原始大氣會產(chǎn)生很強的溫室效應(yīng),從而使火星表面溫暖起來,造成有水在河里流動的條件.后來火山活動減少,火山氣體逐漸分解,其中的輕元素原子逃逸到星際空間,重元素原子同其他成分結(jié)合,火星大氣變得稀薄、干燥、寒冷,火星表面就成為現(xiàn)在所看到的樣子.也有人認(rèn)為,在火星歷史的早期,自轉(zhuǎn)軸的傾斜度比現(xiàn)在更大,因而兩極的極冠融化,大量二氧化碳進入大氣,大量的水蒸發(fā)并凝成雨滴在赤道地區(qū)落下,形成河流.至于有些大的河床,估計是火山活動和地?zé)崛诨说叵卤?出現(xiàn)大量的水沖刷火星表面而形成的.除此以外,還有許多明顯為水沖刷的溝壑似乎也證明火星至少以前有過水.
火星的氣候
火星表面的平均溫度比地球低30攝氏度以上.火星稀薄而干燥的大氣使它表面的晝夜溫差常常超過100攝氏度,遠(yuǎn)大于地球上晝夜溫差的幅度.火星的赤道附近,最高溫度可達(dá)20攝氏度左右(約在午后一小時).到了夜間,由于火星大氣保暖作用很差,表面溫度很快下降,最低溫度（在黎明前）在零下80攝氏度以下.火星兩極地區(qū)溫度更低,在漫長的極夜最低溫度能降到零下139攝氏度.
在一些大的盾形火山附近,常常能觀測到延伸幾百公里的云.估計這是由于火星大氣中的氣流遇到高聳的環(huán)形山地形時被攪亂、上升,在膨脹時變冷所形成的凝固云.這種云都出現(xiàn)在大氣中水蒸氣增多的夏季.塵暴是火星大氣中獨有的現(xiàn)象,其形狀就像一種黃色的“云”.它是由火星低層大氣中卷著塵粒的風(fēng)構(gòu)成的.大的塵暴在地面上用較大的望遠(yuǎn)鏡就能觀測到.局部的塵暴在火星上經(jīng)常出現(xiàn).因為火星大氣密度不到地球的1％,風(fēng)速必須大于每秒40～50米才能使表面上的塵粒移動,但一經(jīng)吹動之后,即使風(fēng)速較小,也能將塵粒帶到高空.典型的塵暴中絕大部分塵粒估計直徑約為10微米.最小的塵粒會被風(fēng)帶到50公里高空.大的塵暴多半發(fā)生在南半球的春末,當(dāng)火星靠近近日點的時候.塵暴的發(fā)源地處在太陽直射的緯度線上,經(jīng)常發(fā)生在海納斯盆地以西幾百公里的諾阿奇斯地區(qū).中心塵云在最初幾天慢慢擴展,然后很快蔓延開來,幾星期內(nèi)就完全覆蓋南半球.特別大的塵暴還能擴展到北半球,進而掩蓋整個行星.塵暴的起因看來與太陽的加熱作用有關(guān).火星過近日點時,太陽的加熱作用大,引起大氣溫度的不穩(wěn)定,從而產(chǎn)生最初揚起灰塵的擾動.然而,一旦塵粒到了空中,吸收了更多的太陽能,這種充滿塵粒的空氣就會比周圍大氣更熱,因而急速上升.別處的空氣又撲去填補它原來的位置,造成更強的地面風(fēng),形成更大的塵暴.塵暴范圍和強度越來越大.當(dāng)塵暴最終分布到整個火星范圍時,火星上溫差減小,風(fēng)逐漸平息,塵粒就慢慢地從大氣里沉降下來.沉降過程至少要幾個星期,塵暴激烈時可持續(xù)幾個月之久.幾乎每個火星年都要發(fā)生一次這種大規(guī)模的塵暴.火星上還常有一種沙塵卷風(fēng).
火星探索
人類很久以前就認(rèn)識了火星,許多人甚至相信火星上有河流和森林.這不僅是因為火星距離地球近,還辦為它那主宰季節(jié)變化的自轉(zhuǎn)軸傾角與地球非常接近,雖然那里一年相當(dāng)于地球的兩年,但一天的時間與地球差不多.過去人們通過簡單的望遠(yuǎn)鏡,發(fā)現(xiàn)火星上有許多縱橫交錯的陰影,覺得那是智慧生物開鑿的運河.于是,火星的神秘增加了,人類對它的期望也與日俱增.
1962年11月起,前蘇聯(lián)發(fā)射了“火星號”系列探測器,1964～1977年美國發(fā)射了“水手號”和“海盜號”兩個系列共八個探測器.1976年7月和9月“海盜”1號、2號先后在火星表面成功軟著陸,實現(xiàn)了人類對火星的親密接觸.上述探測器進行了多方面的探測活動,特別是進行了生物探測實驗,結(jié)果表明,火星上大概不存在生命.人類的探測活動揭示了火星的真面目,那是一個如月球般荒涼、遍布隕石坑的世界.
盡管如此,火星地表與地球的相似仍然使人們愿意相信火星曾經(jīng)擁有過生命.主要的理由就是火星上有存在水的跡象,而水是生命之源.即使火星不曾有過生命,只要那里有水,人類就覺得倍感親切.必竟在太陽系中,地球除了火星可以商量,再沒有一個有可能幫她哺育生命的伙伴了.為此人類還要不懈地努力,爭取在火星上耕耘出一片綠洲.也許會有一天,人類坐在火星上遙望夜空中的地球.
2003年可謂是火星年.美國向火星發(fā)射了兩臺探測車,歐洲空間局發(fā)射了一臺登陸器,日本發(fā)射了一臺探測器.這些探測器將于明年1月抵達(dá)火星.加上目前仍在火星軌道上工作的美國“火星環(huán)球勘測者”號和“奧德賽”號探測器,將形成6個探測器共探火星的壯舉.這些探測器的主要任務(wù)是,研究火星地質(zhì)歷史、調(diào)查水在火星上的作用、判斷火星過去的環(huán)境是否適合生命生存.相信,人類對火星的認(rèn)識會更加全面、準(zhǔn)確.
,太陽（Sun）是一顆普通的恒星,目前在赫-羅圖上度過了主序生涯的一半左右.它是一個質(zhì)量為1989.1億億億噸(約為地球質(zhì)量的33萬倍)、直徑139.2萬km（約為地球直徑的109倍）的熱氣體（嚴(yán)格說是等離子體）球.其平均密度為水的1.4倍,但這一平均密度隱含著很寬的密度范圍,從超高密的核心到稀薄的外層.
作為一顆恒星太陽,其總體外觀性質(zhì)是,光度為383億億億瓦,絕對星等為4.8,他是一顆黃色G2型矮星,有效溫度等于開氏5800度.太陽與在軌道上繞它公轉(zhuǎn)的地球的平均距離為149597870km（499.005光秒或1天文單位）.按質(zhì)量計,它的物質(zhì)構(gòu)成是71%的氫、26%的氦和少量重元素.太陽圓面在天空的角直徑為32角分,與從地球所見的月球的角直徑很接近,是一個奇妙的巧合（太陽直徑約為月球的400倍而離我們的距離恰是地月距離的400倍）,使日食看起來特別壯觀.由于太陽比其他恒星離我們近得多,其視星等達(dá)到-26.7,成為地球上看到最明亮的天體.太陽每25.4天自轉(zhuǎn)一周（平均周期；赤道比高緯度自轉(zhuǎn)得快）,每2億年繞銀河系中心公轉(zhuǎn)一周.太陽因自轉(zhuǎn)而呈輕微扁平狀,與完美球形相差0.001%,相當(dāng)于赤道半徑與極半徑相差6km（地球這一差值為21km,月球為9km,木星9000km,土星5500km）.差異雖然很小,但測量這一扁平性卻很重要,因為任何稍大一點的扁平程度（哪怕是0.005%）將改變太陽引力對水星軌道的影響,而使根據(jù)水星近日點進動對廣義相對論所做的檢驗成為不可信.
太陽基本物理參數(shù)
半徑:696295 千米.
質(zhì)量:1.989×1030 千克
溫度:5800 ℃ (表面)1560萬℃ (核心)
總輻射功率:3.83×1026焦耳/秒
平均密度:1.409 克/立方厘米
日地平均距離:1億5千萬 千米
年齡:約50億年
對于人類來說,光輝的太陽無疑是宇宙中最重要的天體.萬物生長靠太陽,沒有太陽,地球上就不可能有姿態(tài)萬千的生命現(xiàn)象,當(dāng)然也不會孕育出作為智能生物的人類.太陽給人們以光明和溫暖,它帶來了日夜和季節(jié)的輪回,左右著地球冷暖的變化,為地球生命提供了各種形式的能源.
在人類歷史上,太陽一直是許多人頂禮膜拜的對象.中華民族的先民把自己的祖先炎帝尊為太陽神.而在古希臘神話中,太陽神則是宙斯(萬神之王)的兒子.
太陽,這個既令人生畏又受人崇敬的星球,它究竟由什么物質(zhì)所組成,它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢?
其實,太陽只是一顆非常普通的恒星,在廣袤浩瀚的繁星世界里,太陽的亮度、大小和物質(zhì)密度都處于中等水平.只是因為它離地球最近,所以看上去是天空中最大最亮的天體.其它恒星離我們都非常遙遠(yuǎn),即使是最近的恒星,也比太陽遠(yuǎn)27萬倍,看上去只是一個閃爍的光點.
組成太陽的物質(zhì)大多是些普通的氣體,其中氫約占71％, 氦約占27％, 其它元素占2％.太陽從中心向外可分為核反應(yīng)區(qū)、輻射區(qū)和對流區(qū)、太陽大氣.太陽的大氣層,像地球的大氣層一樣,可按不同的高度和不同的性質(zhì)分成各個圈層,即光球、色球和日冕三層.我們平?？吹降奶柋砻?是太陽大氣的最底層,溫度約是6000攝氏度.它是不透明的,因此我們不能直接看見太陽內(nèi)部的結(jié)構(gòu).但是,天文學(xué)家根據(jù)物理理論和對太陽表面各種現(xiàn)象的研究,建立了太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)的模型.這一模型也已經(jīng)被對于其他恒星的研究所證實,至少在大的方面,是可信的.
太陽的核心區(qū)域雖然很小,半徑只是太陽半徑的1/4,但卻是太陽那巨大能量的真正源頭.太陽核心的溫度極高,達(dá)1500萬℃,壓力也極大,使得由氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)得以發(fā)生,從而釋放出極大的能量.這些能量再通過輻射層和對流層中物質(zhì)的傳遞,才得以傳送到達(dá)太陽光球的底部,并通過光球向外輻射出去.
太陽光球就是我們平常所看到的太陽園面,通常所說的太陽半徑也是指光球的半徑.光球的表面是氣態(tài)的,其平均密度只有水的幾億分之一,但由于它的厚度達(dá)500千米,所以光球是不透明的.光球?qū)拥拇髿庵写嬖谥ち业幕顒?用望遠(yuǎn)鏡可以看到光球表面有許多密密麻麻的斑點狀結(jié)構(gòu),很象一顆顆米粒,稱之為米粒組織.它們極不穩(wěn)定,一般持續(xù)時間僅為5～10分鐘,其溫度要比光球的平均溫度高出300～400℃.目前認(rèn)為這種米粒組織是光球下面氣體的劇烈對流造成的現(xiàn)象.
光球表面另一種著名的活動現(xiàn)象便是太陽黑子.黑子是光球?qū)由系木薮髿饬餍郎u,大多呈現(xiàn)近橢圓形,在明亮的光球背景反襯下顯得比較暗黑,但實際上它們的溫度高達(dá)4000℃左右,倘若能把黑子單獨取出,一個大黑子便可以發(fā)出相當(dāng)于滿月的光芒.日面上黑子出現(xiàn)的情況不斷變化,這種變化反映了太陽輻射能量的變化.太陽黑子的變化存在復(fù)雜的周期現(xiàn)象,平均活動周期為11.2年.
緊貼光球以上的一層大氣稱為色球?qū)?平時不易被觀測到,過去這一區(qū)域只是在日全食時才能被看到.當(dāng)月亮遮掩了光球明亮光輝的一瞬間,人們能發(fā)現(xiàn)日輪邊緣上有一層玫瑰紅的絢麗光彩,那就是色球.色球?qū)雍窦s8000千米,它的化學(xué)組成與光球基本上相同,但色球?qū)觾?nèi)的物質(zhì)密度和壓力要比光球低得多.日常生活中,離熱源越遠(yuǎn)處溫度越低,而太陽大氣的情況卻截然相反,光球頂部接近色球處的溫度差不多是4300℃,到了色球頂部溫度竟高達(dá)幾萬度,再往上,到了日冕區(qū)溫度陡然升至上百萬度.人們對這種反常增溫現(xiàn)象感到疑惑不解,至今也沒有找到確切的原因.
在色球上人們還能夠看到許多騰起的火焰,這就是天文上所謂的“日珥”.日珥是迅速變化著的活動現(xiàn)象,一次完整的日珥過程一般為幾十分鐘.同時,日珥的形狀也可說是千姿百態(tài),有的如浮云煙霧,有的似飛瀑噴泉,有的好似一彎拱橋,也有的酷似團團草叢,真是不勝枚舉.天文學(xué)家根據(jù)形態(tài)變化規(guī)模的大小和變化速度的快慢將日珥分成寧靜日珥、活動日珥和爆發(fā)日珥三大類.最為壯觀的要屬爆發(fā)日珥,本來寧靜或活動的日珥,有時會突然"怒火沖天",把氣體物質(zhì)拼命往上拋射,然后回轉(zhuǎn)著返回太陽表面,形成一個環(huán)狀,所以又稱環(huán)狀日珥.
在日全食時的短暫瞬間,常?？梢钥吹教栔車私k麗的色球外,還有一大片白里透藍(lán),柔和美麗的暈光,這就是太陽大氣的最外層—— 日冕.日冕的范圍在色球之上,一直延伸到好幾個太陽半徑的地方.日冕里的物質(zhì)更加稀薄,它還會有向外膨脹運動,并使得熱電離氣體粒子連續(xù)地從太陽向外流出而形成太陽風(fēng).
太陽看起來很平靜,實際上無時無刻不在發(fā)生劇烈的活動.太陽表面和大氣層中的活動現(xiàn)象,諸如太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)噴發(fā)等,會使太陽風(fēng)大大增強,造成許多地球物理現(xiàn)象——例如極光增多、大氣電離層和地磁的變化.太陽活動和太陽風(fēng)的增強還會嚴(yán)重干擾地球上無線電通訊及航天設(shè)備的正常工作,使衛(wèi)星上的精密電子儀器遭受損害,地面電力控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)生混亂,甚至可能對航天飛機和空間站中宇航員的生命構(gòu)成威脅.因此,監(jiān)測太陽活動和太陽風(fēng)的強度,適時作出"空間氣象"預(yù)報,越來越顯得重要.
在銀河系內(nèi)一千多億顆恒星中,太陽只是普通的一員,它位于銀河系的對稱平面附近,距離銀河系中心約26000光年,在銀道面以北約26光年, 它一方面繞著銀心以每秒250公里的速度旋轉(zhuǎn),另一方面又相對于周圍恒星以每秒19.7公里的速度朝著織女星附近方向運動.
太陽的年齡約為46億年,它還可以繼續(xù)燃燒約50億年.在其存在的最后階段,太陽中的氦將轉(zhuǎn)變成重元素,太陽的體積也將開始不斷膨脹,直至將地球吞沒.在經(jīng)過一億年的紅巨星階段后,太陽將突然坍縮成一顆白矮星--所有恒星存在的最后階段.再經(jīng)歷幾萬億年,它將最終完全冷卻.