又名: 火星
简介 · · · · · ·
火星概述
火星（Mars）是八大行星之一，符号是♂。因为它在夜空中看起来是血红色的，所以在西方，以希腊神话中的阿瑞斯(或罗马神话中对应的战神玛尔斯)命名它。在古代中国，因为它荧荧如火，故称“荧惑”。火星有两颗小型天然卫星:火卫一Phobos和火卫二Deimos(阿瑞斯儿子们的名字)。两颗卫星都很小而且形状奇特，可能是被引力捕获的小行星。英文里前缀areo-指的就是火星。
主要参数
火星的重力值是地球的2/5、直径相当于地球的半径，表面积只有地球的四分之一，体积只有地球的15%，质量只有地球的11%。
地形地貌
不像水星陨石坑遍布，火星多了更多样的地形，有高山、平原、峡谷，但由于重力较小等因素，火星亦有很不同的地方。南北半球的地形有着强烈的对比：北方是被熔岩填平的低原，南方则是充满陨石坑的古老高地，而两者之间以明显的斜坡分隔；火山地形穿插其中，流水侵蚀而成的众多峡谷亦分布各地，南北极则有以干冰和水冰组成的极冠，风成沙丘亦广布整个星球。而除此之外，火星更有很多耐人寻味的地形景观。
由以往对于火星的观察 ，让人印象最深刻的，是 可以直接由中型望远镜看到火星两极的白色极区，以及红色的表面，这意味著火星的大气并不浓厚，不像金星一样遮盖了整个表面. 火星距离地球的距离，仅次於金星，因此成为不错的研究题材，利用哈伯望远镜做观测，即可拍到火星表面的影像.
在探测船所拍摄的火星照片中，可以看到火星表面有如运河一般的痕迹 ，左边的照片，为火星中纬度的地区，可以很清楚的看到地表的刻痕.因此在早期的研究中，一度以为火星正面临著前所未有的干旱时期，因此智慧生物火星人在表面建构了网状的输水网 ，将极区的水运往低纬地区灌溉，不过这个说法已经被推翻了. 经由更精确的照片资料显示，这些火星的"运河"，可能根本就没有水的存在. 至目前为止(2001年)，也没有发现火星上的高等生命活动.
火星表面地形极富变化，北半球有占总表面积３０％的年轻低洼平原，南半球是遍布陨石坑的古老高地，因此是个北低南高的不对称结构. 在火星的南北两极 ，有水冰及乾冰堆积而成的巨大极冠. 火星表面的极冠大部份为干冰所构成的，在夏季时，会发现极冠的乾冰退缩，而冬季时极冠扩张. 地表还有奥林帕斯山以及水手峡谷等大型的地形构造.
奥林帕斯山为火星表面最巨大的火山 ，高达27公里，足足比地球上最高峰圣母峰高上三倍. 山脉绵延600公里，约为台湾的1.5倍长. 而大型峡谷水手峡谷长超过4000公里，占火星周长的五分之一. 是非常显著的大型地形.
表面环境
由於科幻小说以及电影情节的影响 ，使得人类一直深深的认为，火星是人类第二颗可以掌握的行星，而在火星上，可能有火星人的存在.
在某些方面上，这可能是正确的，因为火星的表面环境是九大行星中最接近地球的. 虽然火星的大小与地球不相称，但是火星在自转轴偏向(25.19度，跟地球的23.44度相近)，自转速度(1.026个地球日)，以及表面温度(-87～5度 ，与地球的-50～50接近)，都与地球十分类似. 因此火星上也有与地球相似的四季之分，一天的时间与地球相似，大家不需要改变生活作息习惯，而温度看起来也较金星与水星宜人的多. 人们对於未来对火星的研究充满兴趣跟期待.
基於这 些理由，NASA预定的火星观测计画中，每两年就会发射两艘探测船，作火星的探测工作. 另外之所以会选择每隔两年就发射火星探测船，是因为火星每两年就会接近地球一次，这时候火星探测船可以以最短的时间到达火星.
上图是美国Pathfinder计画於1997年7月4日抵达火星後 ，所拍摄的火星环境360度照片. 下方的部份为Pathfinder的火星基地，而前方有两个山峰相依在一起. 由图中可以看出火星的地表被褐色的沙所覆盖，还有许多石头散落在地表上. 火星的照片有一个特点 ，那就是看起来地平面很近. 这是由于火星很小的关系，曲率比较大，所以地平面很快就消失在眼前，产生这样的效果.
火山
火星的火山和地球的不太一样，除了重力较小使山能长的很高之外，缺乏明显的板块运动，使火山分布是以热点为主，不像地球有火环的构造。火星的火山主要分布于塔尔西斯高原（Tharsis Bulge）、埃律西姆地区和零星分布于南方高原上，例如希腊平原东北的泰瑞纳山（Tyrrhena Platera）。
在西半球的塔尔西斯高原高约14公里，伴随着盛行火山作用的遗迹，其中五座大火山皆为盾状火山，包括太阳系最高的奥林帕斯山，有21.287公里高，550公里宽。其他四座包括艾斯克雷尔斯山（Ascraeus Mons）、帕弗尼斯山（Pavonis Mons）、阿尔西亚山（Arsia Mons）和亚拔山（Alba Patera）──以体积和1600公里的直径来看是太阳系最大的山。在大火山之间亦散布著零星的小火山。
在火星的另一端还有一个较小的火山群，以14.127公里高的埃律西姆山（Elysium Mons）为主体，北南各有较矮的赫克提斯山（Hecates Tholus）和欧伯山（Albor Tholus）。
峡谷、河谷
在塔尔西斯高地东部有太阳系内最大的峡谷地貌：水手谷
（Valles Marineris）是一个4000公里长7公里深、复杂的大峡谷，是塔尔西斯高原形成时地壳张裂而形成。西起诺克提斯迷宫（Noctis Labyrinthus）、东经大片混沌地形（Choas）再转北入克里斯平原（Chryse Planitia）。而克里斯低原更有数条峡谷（或河谷）“流入”，如卡塞峡谷（Kasei Valles），而各峡谷末端常有泪珠状“岛屿”——也就是水流侵蚀的地形。
北方低原
Vastitas Boreals就是北方大平原的意思，其中还包含许多小平原，而有些几乎成圆形，如伊希地平原（Isidis Planitia），而被认为是陨石撞击的痕迹，因此也有整个北方平原是一个大撞击所产生的说法。
南方高原
南方高原上有大量的陨石坑。希腊平原（Hellas Planitia）最大，它被浅色砂子所覆盖，位在东南半球。第二大的陨石坑为阿尔及尔平原（Argyre Planitia）则位于水手谷尾端南方。
两极地区
火星的两极包含冰状水和二氧化碳极冠。
地质结构
据推测 ，火星中心有个以铁为主要成份的核，并含有硫、镁等轻元素，火星的核所占比例，应较地球小. 核的外层则厚厚地包覆著一层富含氧化镁的矽酸盐地函，表面为岩质的地壳. 火星的密度为类地行星中最低的，仅3.93g/cc.
分层结构
科学家对于火星分层推断，无法像地球一样是以震波推测，而主要是依据既有经验和火星密度来推测，分为三层：地核、地函、地壳。
地质年代
科学家对于火星地表年龄的判断不像在地球那样，因为目前只能靠探测照片推定而非实地考察，因此科学家提出一个方法：依照一地的陨石坑密度来估算地表年龄，例如
* 一地陨石坑密布、甚至相邻相叠，此地可能老于35亿年，包括约41亿至38亿年前的后期重轰炸期（Late Heavy Bombardment）。
* 若一地陨石坑散布、较疏，则年龄可能约30亿至10亿年。
* 若一地很少或没有陨石坑，则年龄可能小于5亿年。
举例来说，月球高地陨石坑普遍密布，可以推断她地表年代久远（44亿至38亿年前）；而反观月海，陨石坑小而稀，因此较年轻（38亿至32亿年前）。而火星南方高地因陨石坑密布，故较古老；而平坦的北方低原则较年轻。依照这个方法，科学家把火星地质年代分为三个阶段：
* 诺亚纪（Noachian Era），从46亿年前到35亿年前（加减一亿年），再细分为早（early、）中（middle）、晚（late）诺亚纪。这时期火山活动旺盛，陨石撞击频繁，大气层较厚（至少早期是如此），也可能更温暖，而水分多，可能存在湖泊甚至海洋，侵蚀旺盛，形成河谷，水流也带来沉积物沉积。此时期是由南半球的古老诺亚高原（Noachis Terra）命名。
* 赫斯伯利亚纪（Hesperian Era），从35亿年前到25亿或20亿年前，再细分为早、晚赫斯伯利亚纪。此时期是一个转换到现在的过度期，大量的水开始渗入地底冻结，由于水的减少，侵蚀搬运减少，虽然有时会有地下水层爆发造成地方性的崩塌、洪水。地质作用减少。此时期是依据一个南半球中年的赫斯伯利亚高原（Hersperia Planum）命名。
* 亚马逊纪（Amazonian Era），从25亿或20亿年前到现在，再细分为早、中、晚亚马逊纪。此时期与现在类似，干、冷，地质作用和陨石撞击更少，而不时有些许水份自岩石溢出至大气或地表，形成溪壑。此时期是依北半球的一个年轻、被熔岩填平的亚马逊平原来命名。
大气环境
火星大气层很薄，表面平均气压是只有7.5毫巴（约为地球的0.75%）。成分为95%的二氧化碳，3%的氮气，1.6%氢气，很少的氧气、水汽、一氧化碳、氖、氪和氙等，亦充满著很多尘埃。地表温度白天可达28℃，夜晚可低至-132℃，平均-57℃。虽然二氧化碳量是地球之数倍，但因缺乏水汽，所以温室效应只有10℃，比地球的33℃低。
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（dust devils）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(Phobos)与火卫二(Deimos)。Phobos和Deimos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(Asaph Hall)发现的,被以希腊神话中的福波斯和德莫斯命名,Phobos和Deimos在古希腊神话里是战神玛尔斯的儿子.
火星卫星 名称 直径 (km) 质量 (kg) 公转半径 (km) 公转周期
火卫一 (Phobos) 平均22.2
(实际27 × 21.6 × 18.8) 1.08×1016 9378 7.66小时
火卫二 (Deimos) 平均12.6
(实际10 × 12 × 16) 2×1015 23,400 30.35小时
从火星上看,Phobos的角直径大约12',Deimos角直径大约2'.而太阳的角直径大约是21'.
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（Giovanni Schiaparelli）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（lacus）海（mare）等水体，如太阳湖（Solis Lacus——Lake of the Sun）、塞壬海（Mare Sirenum——the Sea of Sirens）、最明显暗大三角——大塞地斯（Syrtis Major）；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（canali），不过后来就被曲解了。水道（canali）被误译为运河(canal).
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（Percival Lowell）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运河，并认为一些地区亮度随季节而改变是由于植被消长引起。风靡大众的火星科幻中的火星人亦源于此。那些表面线条现在知道大部分并不真的存在，在一些情形中，那是古老的干水道或峡谷。火星表面颜色的改变则是因为发生火星尘暴。
火星地图，青蓝色以北为北方低原，绿色以南则为南方高原，而醒目的塔尔西斯地区则是西半球（左半）的深红色区域，埃律西姆地区则是右边的小红色区。南方高原中亦有两个大盆地，分别是阿尔及尔平原（西）与希腊平原（东）。
火星地形图，青蓝色以北为北方低原，绿色以南则为南方高原，而醒目的塔尔西斯地区则是西半球（左半）的深红色区域，埃律西姆地区则是右边的小红色区。南方高原中亦有两个大盆地，分别是阿尔及尔平原（西）与希腊平原（东）。
火星探测
自1964~1977年的13年间，美国共发射8个火星探测器，有的绕火星运转，有的在火星著陆。对火星进行了全面的考察，并绘制了火星地面图。 许多空间飞行器，包括许多人造卫星、登陆舱和漫游器，已经被苏联、美国、欧洲和日本发射向火星用以研究行星的表面、大气、和地理。大约三分之二去往火星的空间飞行器在计划未完成或是刚刚开始时便出现问题而因此导致任务失败。
因为火星的位置，和其他很多种原因，火星是人类宇宙探索中（除了地球外）最了解的行星。
迄今，人类已发射了约30个火星探测器。从1962年苏联发射火箭号系列探测器、1964年美国发射水手号系列探测器起，开始了探测火星的历程。
苏联于1962年11月1日发射火星1号探测器。这个火星探测器高3.3米 ，直径1.1米，重863千克，装有拍摄火星表面照片并传回地面的摄像装置，还有考察火星上有机物、磁场、辐射带等观测仪器。4个月后，它在距离地面1亿多千米的地方与地面通信中断，没有完成探测任务。1971年5月10日和28日发射的火星2号和3号探测器，半年后进入火星轨道，其中火星3号着陆舱还在火星表面软着陆，虽然仅发送20秒钟电视信号，但它是第一个到达火星表面的探测器。1973年7月26日发射的火星5号于1974年2月12日进入火星轨道，成为火星的人造卫星，发回首批火星照片。1973年8月5日发射的火星6号，在着陆过程中对火星大气进了观测，发回了火星大气参数。1973年8月9日发射的火星7号于1974年3月9日在距火星1300千米处飞过，但该火星着陆器发生故障，使登陆失败。15年后，1988年7月7日和12日前苏联又相继发射福波斯1号和2号两个火星探测器，但它们在太空飞行200天到达接近火星的轨道后与地面失去联系，探测失败。
美国从1964年起发射水手号系列探测器，其中有4个成功地探测了火星。1964年11月28日升空的水手4号于1965年7月14日从离火星约1万千米的地方掠过，第一次对火星作了近距离考察，探测到火星的大气密度不足地球的1%，还拍摄了212张照片，从中可鉴别出火星的约300个火山口，火星表面布满环形山和沙漠。1969年2月24日和3月27日发射的水手6号和7号，于7月31日和8月4日在距火星约3400千米处飞过，对火星的大气成分和结构作了探测，发现火星上到处是沙漠和大大小小的含铁硅酸盐岩石。1971年5月30日发射的水手9号于11月14日进入火星轨道飞行，拍摄了70%的火星表面，传回7000多张火星照片。其中第一张照片从根本上否定了火星存在运河的说法，因为从照片上看到的是如同沙漠里一样的由火星风形成的沙粒带状条纹。这些照片只发现了许多干涸的河床，其中有的长达1500千米，宽200千米，这表明火星上可能曾经存在过液态的水。水手9号拍摄的火星照片，为后来海盗号在火星着陆探测选定了地点。
1975年8月20日和9月9日，美国先后发射两个海盗号探测器。它们在进入火星上空时轨道舱绕火星飞行，着陆舱则在火星表面上软着陆，1976年7月20日和9月3日它们先后在火星软着陆后，着陆舱经轨道舱中继向地球发回探测数据。共发回5万多张火星照片。还对火星表面的土壤取样化验分析，结果表明，火星上没有发现任何生命存在的痕迹，也未探测到火星上有任何有机分子。
20世纪90年代，世界上又掀起新一轮火星探测热潮。美国于1996年12月4日发射了“火星探路者”探测器，它于1997年7月4日在火星的阿瑞斯谷地登陆，并用其携带的“索杰纳”火星车在火星上实地考察，获得很大成功。
火星（Mars）是八大行星之一，符号是♂。因为它在夜空中看起来是血红色的，所以在西方，以希腊神话中的阿瑞斯(或罗马神话中对应的战神玛尔斯)命名它。在古代中国，因为它荧荧如火，故称“荧惑”。火星有两颗小型天然卫星:火卫一Phobos和火卫二Deimos(阿瑞斯儿子们的名字)。两颗卫星都很小而且形状奇特，可能是被引力捕获的小行星。英文里前缀areo-指的就是火星。
主要参数
火星的重力值是地球的2/5、直径相当于地球的半径，表面积只有地球的四分之一，体积只有地球的15%，质量只有地球的11%。
地形地貌
不像水星陨石坑遍布，火星多了更多样的地形，有高山、平原、峡谷，但由于重力较小等因素，火星亦有很不同的地方。南北半球的地形有着强烈的对比：北方是被熔岩填平的低原，南方则是充满陨石坑的古老高地，而两者之间以明显的斜坡分隔；火山地形穿插其中，流水侵蚀而成的众多峡谷亦分布各地，南北极则有以干冰和水冰组成的极冠，风成沙丘亦广布整个星球。而除此之外，火星更有很多耐人寻味的地形景观。
由以往对于火星的观察 ，让人印象最深刻的，是 可以直接由中型望远镜看到火星两极的白色极区，以及红色的表面，这意味著火星的大气并不浓厚，不像金星一样遮盖了整个表面. 火星距离地球的距离，仅次於金星，因此成为不错的研究题材，利用哈伯望远镜做观测，即可拍到火星表面的影像.
在探测船所拍摄的火星照片中，可以看到火星表面有如运河一般的痕迹 ，左边的照片，为火星中纬度的地区，可以很清楚的看到地表的刻痕.因此在早期的研究中，一度以为火星正面临著前所未有的干旱时期，因此智慧生物火星人在表面建构了网状的输水网 ，将极区的水运往低纬地区灌溉，不过这个说法已经被推翻了. 经由更精确的照片资料显示，这些火星的"运河"，可能根本就没有水的存在. 至目前为止(2001年)，也没有发现火星上的高等生命活动.
火星表面地形极富变化，北半球有占总表面积３０％的年轻低洼平原，南半球是遍布陨石坑的古老高地，因此是个北低南高的不对称结构. 在火星的南北两极 ，有水冰及乾冰堆积而成的巨大极冠. 火星表面的极冠大部份为干冰所构成的，在夏季时，会发现极冠的乾冰退缩，而冬季时极冠扩张. 地表还有奥林帕斯山以及水手峡谷等大型的地形构造.
奥林帕斯山为火星表面最巨大的火山 ，高达27公里，足足比地球上最高峰圣母峰高上三倍. 山脉绵延600公里，约为台湾的1.5倍长. 而大型峡谷水手峡谷长超过4000公里，占火星周长的五分之一. 是非常显著的大型地形.
表面环境
由於科幻小说以及电影情节的影响 ，使得人类一直深深的认为，火星是人类第二颗可以掌握的行星，而在火星上，可能有火星人的存在.
在某些方面上，这可能是正确的，因为火星的表面环境是九大行星中最接近地球的. 虽然火星的大小与地球不相称，但是火星在自转轴偏向(25.19度，跟地球的23.44度相近)，自转速度(1.026个地球日)，以及表面温度(-87～5度 ，与地球的-50～50接近)，都与地球十分类似. 因此火星上也有与地球相似的四季之分，一天的时间与地球相似，大家不需要改变生活作息习惯，而温度看起来也较金星与水星宜人的多. 人们对於未来对火星的研究充满兴趣跟期待.
基於这 些理由，NASA预定的火星观测计画中，每两年就会发射两艘探测船，作火星的探测工作. 另外之所以会选择每隔两年就发射火星探测船，是因为火星每两年就会接近地球一次，这时候火星探测船可以以最短的时间到达火星.
上图是美国Pathfinder计画於1997年7月4日抵达火星後 ，所拍摄的火星环境360度照片. 下方的部份为Pathfinder的火星基地，而前方有两个山峰相依在一起. 由图中可以看出火星的地表被褐色的沙所覆盖，还有许多石头散落在地表上. 火星的照片有一个特点 ，那就是看起来地平面很近. 这是由于火星很小的关系，曲率比较大，所以地平面很快就消失在眼前，产生这样的效果.
火山
火星的火山和地球的不太一样，除了重力较小使山能长的很高之外，缺乏明显的板块运动，使火山分布是以热点为主，不像地球有火环的构造。火星的火山主要分布于塔尔西斯高原（Tharsis Bulge）、埃律西姆地区和零星分布于南方高原上，例如希腊平原东北的泰瑞纳山（Tyrrhena Platera）。
在西半球的塔尔西斯高原高约14公里，伴随着盛行火山作用的遗迹，其中五座大火山皆为盾状火山，包括太阳系最高的奥林帕斯山，有21.287公里高，550公里宽。其他四座包括艾斯克雷尔斯山（Ascraeus Mons）、帕弗尼斯山（Pavonis Mons）、阿尔西亚山（Arsia Mons）和亚拔山（Alba Patera）──以体积和1600公里的直径来看是太阳系最大的山。在大火山之间亦散布著零星的小火山。
在火星的另一端还有一个较小的火山群，以14.127公里高的埃律西姆山（Elysium Mons）为主体，北南各有较矮的赫克提斯山（Hecates Tholus）和欧伯山（Albor Tholus）。
峡谷、河谷
在塔尔西斯高地东部有太阳系内最大的峡谷地貌：水手谷
（Valles Marineris）是一个4000公里长7公里深、复杂的大峡谷，是塔尔西斯高原形成时地壳张裂而形成。西起诺克提斯迷宫（Noctis Labyrinthus）、东经大片混沌地形（Choas）再转北入克里斯平原（Chryse Planitia）。而克里斯低原更有数条峡谷（或河谷）“流入”，如卡塞峡谷（Kasei Valles），而各峡谷末端常有泪珠状“岛屿”——也就是水流侵蚀的地形。
北方低原
Vastitas Boreals就是北方大平原的意思，其中还包含许多小平原，而有些几乎成圆形，如伊希地平原（Isidis Planitia），而被认为是陨石撞击的痕迹，因此也有整个北方平原是一个大撞击所产生的说法。
南方高原
南方高原上有大量的陨石坑。希腊平原（Hellas Planitia）最大，它被浅色砂子所覆盖，位在东南半球。第二大的陨石坑为阿尔及尔平原（Argyre Planitia）则位于水手谷尾端南方。
两极地区
火星的两极包含冰状水和二氧化碳极冠。
地质结构
据推测 ，火星中心有个以铁为主要成份的核，并含有硫、镁等轻元素，火星的核所占比例，应较地球小. 核的外层则厚厚地包覆著一层富含氧化镁的矽酸盐地函，表面为岩质的地壳. 火星的密度为类地行星中最低的，仅3.93g/cc.
分层结构
科学家对于火星分层推断，无法像地球一样是以震波推测，而主要是依据既有经验和火星密度来推测，分为三层：地核、地函、地壳。
地质年代
科学家对于火星地表年龄的判断不像在地球那样，因为目前只能靠探测照片推定而非实地考察，因此科学家提出一个方法：依照一地的陨石坑密度来估算地表年龄，例如
* 一地陨石坑密布、甚至相邻相叠，此地可能老于35亿年，包括约41亿至38亿年前的后期重轰炸期（Late Heavy Bombardment）。
* 若一地陨石坑散布、较疏，则年龄可能约30亿至10亿年。
* 若一地很少或没有陨石坑，则年龄可能小于5亿年。
举例来说，月球高地陨石坑普遍密布，可以推断她地表年代久远（44亿至38亿年前）；而反观月海，陨石坑小而稀，因此较年轻（38亿至32亿年前）。而火星南方高地因陨石坑密布，故较古老；而平坦的北方低原则较年轻。依照这个方法，科学家把火星地质年代分为三个阶段：
* 诺亚纪（Noachian Era），从46亿年前到35亿年前（加减一亿年），再细分为早（early、）中（middle）、晚（late）诺亚纪。这时期火山活动旺盛，陨石撞击频繁，大气层较厚（至少早期是如此），也可能更温暖，而水分多，可能存在湖泊甚至海洋，侵蚀旺盛，形成河谷，水流也带来沉积物沉积。此时期是由南半球的古老诺亚高原（Noachis Terra）命名。
* 赫斯伯利亚纪（Hesperian Era），从35亿年前到25亿或20亿年前，再细分为早、晚赫斯伯利亚纪。此时期是一个转换到现在的过度期，大量的水开始渗入地底冻结，由于水的减少，侵蚀搬运减少，虽然有时会有地下水层爆发造成地方性的崩塌、洪水。地质作用减少。此时期是依据一个南半球中年的赫斯伯利亚高原（Hersperia Planum）命名。
* 亚马逊纪（Amazonian Era），从25亿或20亿年前到现在，再细分为早、中、晚亚马逊纪。此时期与现在类似，干、冷，地质作用和陨石撞击更少，而不时有些许水份自岩石溢出至大气或地表，形成溪壑。此时期是依北半球的一个年轻、被熔岩填平的亚马逊平原来命名。
大气环境
火星大气层很薄，表面平均气压是只有7.5毫巴（约为地球的0.75%）。成分为95%的二氧化碳，3%的氮气，1.6%氢气，很少的氧气、水汽、一氧化碳、氖、氪和氙等，亦充满著很多尘埃。地表温度白天可达28℃，夜晚可低至-132℃，平均-57℃。虽然二氧化碳量是地球之数倍，但因缺乏水汽，所以温室效应只有10℃，比地球的33℃低。
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（dust devils）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(Phobos)与火卫二(Deimos)。Phobos和Deimos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(Asaph Hall)发现的,被以希腊神话中的福波斯和德莫斯命名,Phobos和Deimos在古希腊神话里是战神玛尔斯的儿子.
火星卫星 名称 直径 (km) 质量 (kg) 公转半径 (km) 公转周期
火卫一 (Phobos) 平均22.2
(实际27 × 21.6 × 18.8) 1.08×1016 9378 7.66小时
火卫二 (Deimos) 平均12.6
(实际10 × 12 × 16) 2×1015 23,400 30.35小时
从火星上看,Phobos的角直径大约12',Deimos角直径大约2'.而太阳的角直径大约是21'.
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（Giovanni Schiaparelli）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（lacus）海（mare）等水体，如太阳湖（Solis Lacus——Lake of the Sun）、塞壬海（Mare Sirenum——the Sea of Sirens）、最明显暗大三角——大塞地斯（Syrtis Major）；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（canali），不过后来就被曲解了。水道（canali）被误译为运河(canal).
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（Percival Lowell）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运河，并认为一些地区亮度随季节而改变是由于植被消长引起。风靡大众的火星科幻中的火星人亦源于此。那些表面线条现在知道大部分并不真的存在，在一些情形中，那是古老的干水道或峡谷。火星表面颜色的改变则是因为发生火星尘暴。
火星地图，青蓝色以北为北方低原，绿色以南则为南方高原，而醒目的塔尔西斯地区则是西半球（左半）的深红色区域，埃律西姆地区则是右边的小红色区。南方高原中亦有两个大盆地，分别是阿尔及尔平原（西）与希腊平原（东）。
火星地形图，青蓝色以北为北方低原，绿色以南则为南方高原，而醒目的塔尔西斯地区则是西半球（左半）的深红色区域，埃律西姆地区则是右边的小红色区。南方高原中亦有两个大盆地，分别是阿尔及尔平原（西）与希腊平原（东）。
火星探测
自1964~1977年的13年间，美国共发射8个火星探测器，有的绕火星运转，有的在火星著陆。对火星进行了全面的考察，并绘制了火星地面图。 许多空间飞行器，包括许多人造卫星、登陆舱和漫游器，已经被苏联、美国、欧洲和日本发射向火星用以研究行星的表面、大气、和地理。大约三分之二去往火星的空间飞行器在计划未完成或是刚刚开始时便出现问题而因此导致任务失败。
因为火星的位置，和其他很多种原因，火星是人类宇宙探索中（除了地球外）最了解的行星。
迄今，人类已发射了约30个火星探测器。从1962年苏联发射火箭号系列探测器、1964年美国发射水手号系列探测器起，开始了探测火星的历程。
苏联于1962年11月1日发射火星1号探测器。这个火星探测器高3.3米 ，直径1.1米，重863千克，装有拍摄火星表面照片并传回地面的摄像装置，还有考察火星上有机物、磁场、辐射带等观测仪器。4个月后，它在距离地面1亿多千米的地方与地面通信中断，没有完成探测任务。1971年5月10日和28日发射的火星2号和3号探测器，半年后进入火星轨道，其中火星3号着陆舱还在火星表面软着陆，虽然仅发送20秒钟电视信号，但它是第一个到达火星表面的探测器。1973年7月26日发射的火星5号于1974年2月12日进入火星轨道，成为火星的人造卫星，发回首批火星照片。1973年8月5日发射的火星6号，在着陆过程中对火星大气进了观测，发回了火星大气参数。1973年8月9日发射的火星7号于1974年3月9日在距火星1300千米处飞过，但该火星着陆器发生故障，使登陆失败。15年后，1988年7月7日和12日前苏联又相继发射福波斯1号和2号两个火星探测器，但它们在太空飞行200天到达接近火星的轨道后与地面失去联系，探测失败。
美国从1964年起发射水手号系列探测器，其中有4个成功地探测了火星。1964年11月28日升空的水手4号于1965年7月14日从离火星约1万千米的地方掠过，第一次对火星作了近距离考察，探测到火星的大气密度不足地球的1%，还拍摄了212张照片，从中可鉴别出火星的约300个火山口，火星表面布满环形山和沙漠。1969年2月24日和3月27日发射的水手6号和7号，于7月31日和8月4日在距火星约3400千米处飞过，对火星的大气成分和结构作了探测，发现火星上到处是沙漠和大大小小的含铁硅酸盐岩石。1971年5月30日发射的水手9号于11月14日进入火星轨道飞行，拍摄了70%的火星表面，传回7000多张火星照片。其中第一张照片从根本上否定了火星存在运河的说法，因为从照片上看到的是如同沙漠里一样的由火星风形成的沙粒带状条纹。这些照片只发现了许多干涸的河床，其中有的长达1500千米，宽200千米，这表明火星上可能曾经存在过液态的水。水手9号拍摄的火星照片，为后来海盗号在火星着陆探测选定了地点。
1975年8月20日和9月9日，美国先后发射两个海盗号探测器。它们在进入火星上空时轨道舱绕火星飞行，着陆舱则在火星表面上软着陆，1976年7月20日和9月3日它们先后在火星软着陆后，着陆舱经轨道舱中继向地球发回探测数据。共发回5万多张火星照片。还对火星表面的土壤取样化验分析，结果表明，火星上没有发现任何生命存在的痕迹，也未探测到火星上有任何有机分子。
20世纪90年代，世界上又掀起新一轮火星探测热潮。美国于1996年12月4日发射了“火星探路者”探测器，它于1997年7月4日在火星的阿瑞斯谷地登陆，并用其携带的“索杰纳”火星车在火星上实地考察，获得很大成功。
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