摘要：火星作为太阳系内最具吸引力的行星之一，其夜空中独特的红色光辉一直以来都激发着人类的探索欲望与无限遐想。这颗行星在不同文化中有着多样的称谓，如中国古代的“荧惑”...
火星作为太阳系内最具吸引力的行星之一，其夜空中独特的红色光辉一直以来都激发着人类的探索欲望与无限遐想。这颗行星在不同文化中有着多样的称谓，如中国古代的 “荧惑”，西方神话中与战争之神相关的 “马尔斯（Mars）” 等。其标志性的红色外观并非象征着温暖，而是源于地表广泛分布的氧化铁矿物。作为类地行星的典型代表，火星常被视为地球的 “姊妹星”，但二者在环境特征与演化路径上存在显著差异。火星拥有稀薄寒冷的大气层、干燥沙漠化的表面、微弱且不稳定的磁场，以及复杂而神秘的演化历史，这些特质使其成为一个充满挑战与机遇的探索领域。
火星是人类最早认识的行星之一，由于其运行轨迹靠近太阳，古代各文明均对其有所观测并赋予了特定名称。古埃及称其为 “哈鲁（Haru）”，古巴比伦称之为 “奈鲁（Nergal）”，古印度则命名为 “安加拉卡（Angaraka）”，而古希腊与古罗马分别将其与战争之神 “阿瑞斯（Ares）” 和 “马尔斯（Mars）” 相联系。这些命名均反映了火星的红色外观特征，并与各文化中象征力量与战争的神祇相关联。
在中国古代天文学中，火星被称为 “荧惑”“火星” 或 “大嚣”，因其亮度较高且运行轨迹多变难以预测而得名。司马迁在《史记・天官书》中，根据观测发现其呈现赤色，结合五行学说中 “赤色属火” 的理论，正式将其命名为 “火星”，这一命名方式体现了古代中国对天体现象的系统性认知。
火星的轨道离心率在太阳系行星中排名第二，数值为 0.0934，这导致其与太阳的距离在 2.07 亿至 2.49 亿千米之间周期性变化。其公转周期为 686.98 地球日，轨道平面与地球黄道面存在 1.85 度的倾角，因此仅当火星穿越黄道平面时，才可能出现地球位于太阳与火星之间的 “冲日现象”，此时火星会呈现为明亮的红点，该现象约每 26 个月发生一次。
火星的自转周期为 24 小时 37 分 22 秒，由于受到太阳潮汐作用的显著影响，其自转与公转形成 147:8869 的自旋轨道共振关系。这使得火星的太阳日（太阳两次过中天的时间间隔）约为 24 小时 39 分 35 秒，相当于 1.027491251 个地球日，也导致火星上观测到的太阳运动仅存在顺行、停滞或逆行三种状态。
火星的自转轴倾角为 25.19 度，是太阳系中与地球最为接近的，这使其自转方向同样为自西向东，并像地球一样存在四季变化。但由于轨道离心率较大，火星各季节长度不均，北半球的春夏季比秋冬季分别长约 40 天。
作为类地行星，火星主要由铁、镍及硅酸盐岩构成，其大气层极为稀薄且寒冷，主要成分为二氧化碳（占比超 95%），其余为氮气、氩气、氧气等。尽管大气层稀薄，但其仍能反射部分太阳辐射并阻挡小型天体撞击，对火星表面的温度与地形产生一定影响。
火星表面平均温度为 - 63 摄氏度，极端高温可达 20 摄氏度，极端低温则低至 - 140 摄氏度。这种温度条件导致表面水分不断经历冻结与升华过程，形成了广泛分布的冰层与冰块。同时，强烈的太阳辐射与宇宙射线使得岩石表层发生化学变化，形成了覆盖全球的红色粉尘层。
火星表面地形以平原、高原、山脉和峡谷为主要特征：
平原约占表面积的 70%，多由撞击或火山活动填充形成，部分区域保留有明显的古河流与湖泊遗迹；
高原占比约 30%，由内部冷却收缩形成，部分区域海拔可达 4 千米；
山脉多分布于大型高原或盆地边缘，由板块运动或撞击造山作用形成，最高山峰达 21 千米；
峡谷遍布全球，由水流侵蚀或断层活动形成，最长峡谷延伸 4000 千米。
其中最具代表性的地貌为赤道附近的奥林帕斯山（Olympus Mons）与西经 70 度附近的水手号峡谷（Valles Marineris）。奥林帕斯山作为太阳系最高山峰，为一座巨型盾状火山，高 21 千米，底部直径约 600 千米，以希腊神话中的众神之山命名。水手号峡谷则是太阳系最长的裂谷系统，长 4000 千米、宽 200 千米、深 7 千米，以 NASA 的水手 9 号探测器命名，由火星内部冷却收缩导致的地壳断裂形成，包含众多支流与支谷，构成复杂的地貌网络。
火星是一颗金属元素富集的行星，其核心体积占行星总体积的 50%，质量占比达 65%，主要由铁和镍构成，直径约 3400 千米。核心外围为厚度约 1500 千米的地幔，以硅酸盐岩为主；地幔外侧是厚度约 50 千米的地壳，主要由玄武岩与花岗岩组成。
与地球相比，火星的核心相对更大，而地幔和地壳则更薄。这一结构差异可能源于火星形成初期遭受的强烈撞击事件（导致部分地壳与地幔物质剥离），或早期太阳高温烘烤造成的轻元素蒸发。
火星核心的显著特征是已丧失流动性，不同于地球核心仍保持熔融状态。这是由于火星自转速度较慢，无法产生足够的科里奥利力维持核心对流。核心固化导致火星形成了微弱且不稳定的磁场，强度仅为地球磁场的 0.15%，难以有效保护表面环境，使得大气层持续被太阳风剥离或电离。
火星因其稀薄的大气层特性，成为太阳系中较易探测的行星之一，便于航天器进入轨道及表面着陆存活。目前，已有多个国家和机构成功开展火星探测任务，包括苏联航天局、美国航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、中国国家航天局（CNSA）、印度空间研究组织（ISRO）等。
苏联航天局是首个成功探测火星表面与大气层的机构，1960 年 10 月 10 日发射首颗火星探测器 “火星 1 号”，1971 年 12 月 2 日发射的 “火星 3 号” 成为首个成功登陆火星并传回数据与图像的探测器。该机构共发射 16 颗火星系列探测器及 2 颗 “法布尔斯基系列” 探测器，其中 4 颗成功着陆，拍摄了火星表面 5% 的区域，确认了火星低温、低压、低密度、低酸度等特征，并命名了多个地貌。
美国航天局于 1964 年 11 月 28 日发射的 “水手 4 号” 首次成功进入火星轨道，1976 年 7 月 20 日发射的 “海盗 1 号” 成为首个在火星表面开展科学实验的探测器。该机构共发射 10 颗水手系列与 2 颗海盗系列探测器，其中 8 颗进入轨道，2 颗释放的 4 个探测器成功着陆，发现了火星的火山、峡谷、河流、湖泊等特征，并完成了全表面拍摄。
欧洲航天局 2003 年 6 月 2 日发射的 “火星快车” 探测器，于同年 12 月 25 日进入火星轨道并持续工作至今，对火星大气层、磁场、温度、风速等进行了详细观测，发现了甲烷、水冰、地下水等重要现象。
中国国家航天局 2020 年 7 月 23 日发射的 “天问一号” 探测器，2021 年 2 月 10 日进入火星轨道，同年 5 月 15 日成功释放 “祝融号” 着陆器与巡视器，成为首个使用红外相机开展观测的火星探测任务。该任务对火星大气层、地形、矿物、气候等进行了系统探测，发现了沙尘暴、夜光现象等新特征。
印度空间研究组织 2013 年 11 月 5 日发射的 “曼加里安号” 探测器，2014 年 9 月 24 日成功进入火星轨道，以低成本实现了对火星大气层、地形、温度、风速等的观测，同样发现了甲烷、水冰、地下水等现象。
当前，多项火星探测任务正处于计划或开发阶段，如美国航天局的 “毅力号”、欧洲航天局与俄罗斯联邦航天局合作的 “生命追踪者号（ExoMars）”、阿拉伯联合酋长国航天局的 “希望号” 等。这些任务将进一步深化对火星的全面探索，助力人类揭开这颗红色星球更多的奥秘。
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