火星

前言

火星，在中國(guó)的古代曾被稱為熒惑，不但突出了它的紅色，也突出了它在天空中運(yùn)行的軌道的變化性。中國(guó)最早的火星觀測(cè)記錄可以追溯到公元前三、四世紀(jì)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的兩位天文學(xué)家甘德與石申夫所做的工作。他們開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)對(duì)火星的觀測(cè)歷史，測(cè)定火星的公轉(zhuǎn)周期為668.49天。這一觀測(cè)數(shù)據(jù)，僅比目前精確的觀測(cè)周期短12小時(shí)。這一觀測(cè)記錄，在世界上曾屬于最早的和最精確的觀測(cè)活動(dòng)。但是到了近代，中國(guó)人在火星研究方面已經(jīng)大大落后于西方。特別是在1957年人類發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星以后，美國(guó)和蘇聯(lián)向火星發(fā)射了數(shù)十顆探測(cè)器，獲得了大量的數(shù)據(jù)，特別是美國(guó)20世紀(jì)70年代發(fā)射的海盜號(hào)著陸器，90年代發(fā)射的火星全球觀測(cè)者軌道器和火星探路者巡視器，以及在2003年發(fā)射的勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)巡視器都獲得了大量的新的觀測(cè)數(shù)據(jù)，開(kāi)創(chuàng)了行星科學(xué)的新時(shí)代。2007年3月26日，中俄兩國(guó)政府簽署了聯(lián)合探測(cè)火星的協(xié)議。俄羅斯的福布斯探測(cè)器將搭載中國(guó)的第一顆火星探測(cè)器"螢火一號(hào)"飛往火星。這標(biāo)志著中國(guó)的空間科學(xué)和探測(cè)活動(dòng)開(kāi)始向火星進(jìn)軍了。對(duì)于中國(guó)人來(lái)講，這是盼望已久的事情。為了準(zhǔn)備對(duì)"螢火一號(hào)"的科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，我們除了在大量的學(xué)術(shù)期刊上瀏覽文獻(xiàn)以外，更便捷和綜合性的了解前人已經(jīng)做過(guò)的工作的方式，就是翻閱關(guān)于火星的教科書(shū)。我們發(fā)現(xiàn)，到目前為止中國(guó)還沒(méi)有一部關(guān)于火星的科學(xué)著作。中國(guó)科學(xué)家利用國(guó)外數(shù)據(jù)發(fā)表的有限的研究論文散布在不同的期刊上。而英文的關(guān)于火星的教科書(shū)則林林總總，最為全面和備受推崇的就是1992年由亞利桑那大學(xué)出版社出版的《火星》一書(shū)。這是因?yàn)閺?0世紀(jì)70年代的海盜1號(hào)和2號(hào)之后，人類對(duì)火星的探測(cè)停滯了十多年，在這十多年間，科學(xué)家有了充足的時(shí)間分析大量的探測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)表了大量關(guān)于火星的研究論文。因此，到1992年出版《火星》一書(shū)時(shí)，很多研究都已經(jīng)有了結(jié)論，很多爭(zhēng)執(zhí)也塵埃落定了。然而，從90年代開(kāi)始，美國(guó)再次開(kāi)始了，火星探測(cè)的熱潮，幾乎沒(méi)有錯(cuò)過(guò)任何一次發(fā)射窗口（每26個(gè)月出現(xiàn)一次的最佳發(fā)射窗口），發(fā)射了多顆探測(cè)器和巡視器。因此，原來(lái)認(rèn)為確定的很多結(jié)論又出現(xiàn)了爭(zhēng)議，原來(lái)遺留的很多問(wèn)題有了新的結(jié)果。本書(shū)的作者娜迪·巴勞多年來(lái)從事行星科學(xué)方面的教學(xué)和研究工作。由于長(zhǎng)期在教學(xué)一線教授行星科學(xué)課程，她對(duì)新的探測(cè)結(jié)果十分敏感，不斷地更新她用于教學(xué)的課程內(nèi)容。因此，這本最新出版的關(guān)于火星的教科書(shū)，是我們能夠見(jiàn)到的最新的關(guān)于火星的教材。它的出現(xiàn)彌補(bǔ)了1992年版的《火星》的不足。但是，由于新的探測(cè)結(jié)果大量出現(xiàn)，我們現(xiàn)在所處的時(shí)代，已經(jīng)無(wú)法同1992年出版《火星》時(shí)相比。那時(shí)得出的結(jié)論大多數(shù)是經(jīng)過(guò)深思熟慮和反復(fù)爭(zhēng)論的。

內(nèi)容概要

本書(shū)比較全面的介紹了火星的運(yùn)行軌道、形成和演化、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面地形地貌、地質(zhì)、大氣、火星的衛(wèi)星、有關(guān)水和是否存在生命方面的知識(shí)，以及在這些方面仍然懸而未決的科學(xué)問(wèn)題。本書(shū)所采用的探測(cè)數(shù)據(jù)和研究成果直至2006年底，反映了人類對(duì)火星的最新認(rèn)識(shí)?！　”緯?shū)是第一本以中文出版的火星專著，可作為高等學(xué)?？臻g科學(xué)和行星科學(xué)專業(yè)的高年級(jí)本科生和研究生的教材，也可供從事火星研究和探測(cè)器研制的科技人員參考。

作者簡(jiǎn)介

作者:(美)Barlow

書(shū)籍目錄

中譯本序 譯者序 前言 第一章 火星引論 　1．1 歷史上的觀測(cè) 　　1．1．1 使用天文望遠(yuǎn)鏡之前對(duì)火星的觀測(cè) 　　1．1．2 使用天文望遠(yuǎn)鏡的地面和空間觀測(cè) 　1．2 飛行器探測(cè)計(jì)劃 　　1．2．1 美國(guó)的火星探測(cè)計(jì)劃 　　1．2．2 蘇聯(lián)／俄羅斯的火星探測(cè)計(jì)劃 　　1．2．3 歐洲空間局的火星探測(cè)計(jì)劃 　　1．2．4 日本的火星探測(cè)計(jì)劃 　1．3 火星的軌道特性 　　1．3．1 軌道參數(shù) 　　1．3．2 與太陽(yáng)和地球軌道相關(guān)的火星軌道特性 　1．4 火星的物理特性 　　1．4．1 自轉(zhuǎn) 　　1．4．2 體積 　　1．4．3 質(zhì)量和密度 　1．5 火星的衛(wèi)星 　　1．5．1 火衛(wèi)一福布斯 　　1．5．2 火衛(wèi)二戴莫斯 　　1．5．3 火衛(wèi)一和火衛(wèi)二的來(lái)源 　　1．5．4 是否存在其他衛(wèi)星 　　1．5．5 火星軌道上的特洛伊小行星 第二章 火星的形成及早期行星演化 　2．1 火星的形成 　　2．1．1 生長(zhǎng)期 　　2．1．2 嚴(yán)重撞擊期 　2．2 差異化和內(nèi)核的形成 　　2．2．1 行星的加熱 　　2．2．2 地質(zhì)年代學(xué) 　　2．2．3 火星的隕石 　　2．2．4 行星差異與火星內(nèi)核的形成 　2．3 火星的總體構(gòu)成 　2．4 火星的熱演化 　　2．4．1 同位素和地質(zhì)學(xué)限制條件對(duì)火星熱模型的約束 　　2．4．2 火星的熱模型 第三章 火星物理測(cè)量及內(nèi)部結(jié)構(gòu)推測(cè) 　3．1 火星形狀及測(cè)繪學(xué)數(shù)據(jù) 　　3．1．1 火星的形狀 　　3．1．2 坐標(biāo)系系統(tǒng) 　3．2 引力及地形學(xué) 　　3．2．1 引力場(chǎng)分析 　　3．2．2 引力異常、地殼均衡性及殼層厚度 　　3．2．3 火星的地形學(xué) 　3．3 火星的地震數(shù)據(jù) 　3．4 熱流 　　3．4．1 熱傳導(dǎo) 　　3．4．2 熱對(duì)流 　　3．4．3 火星的熱流通量 　3．5 磁學(xué) 　　3．5．1 活躍的發(fā)電機(jī)機(jī)制 　　3．5．2 剩余磁化 　3．6 火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 第四章 表面特征 　4．1 反照率和表面顏色 　　4．1．1 反照率 　　4．1．2 顏色 　4．2 表面粗糙度和結(jié)構(gòu) 　4．3 火星殼組成 　　4．3．1 組分分析方法 　　4．3．2 火星殼組分的遙感觀測(cè) 　　4．3．3 火星隕石解析的火星殼組分 　　4．3．4 現(xiàn)場(chǎng)分析的火星殼組分 　　4．3．5 火星殼組分總結(jié) 　4．4 表面物質(zhì)的物理特征 　　4．4．1 風(fēng)化物 　　4．4．2 熱慣性和巖石豐度 　　4．4．3 塵埃 第五章 地質(zhì) 　5．1 地質(zhì)研究的背景知識(shí)與技術(shù)方法簡(jiǎn)介 　　5．1．1 巖石和礦物 　　5．1．2 地層學(xué)技術(shù) 　　5．1．3 撞擊坑統(tǒng)汁分析 　5．2 火星地質(zhì)年代 　5．3 地質(zhì)作用過(guò)程 　　5．3．1 撞擊成坑作用 　　5．3．2 火山作用 　　5．3．3 構(gòu)造作用 　　5．3．4 物質(zhì)滑動(dòng)作用 　　5．3．5 風(fēng)蝕作用 　　5．3．6 流體作用 　　5．3．7 極地冰川作用 　5．4 火星地質(zhì)演化 第六章 大氣狀態(tài)和演化 　6．1 今天火星大氣的特征 　6．2 大氣物理 　　6．2．1 氣壓方程和大氣標(biāo)高 　　6．2．2 傳導(dǎo) 　　6．2．3 對(duì)流 　　6．2．4 輻射 　6．3 火星大氣現(xiàn)狀 　　6．3．1 大氣結(jié)構(gòu) 　　6．3．2 云和塵暴 　　6．3．3 風(fēng) 　　6．3．4 大氣環(huán)流 　　6．3．5 火星氣候現(xiàn)狀 　6．4 火星大氣的演化 第七章 火星上水的歷史 　7．1 火星上水的來(lái)源 　7．2 水與其他揮發(fā)物 　7．3 早期火星上的水 　7．4 諾亞紀(jì)后的水 　　7．4．1 火星的海洋 　　7．4．2 自旋軸傾斜度的變化周期和氣候變遷 　7．5 當(dāng)前水的穩(wěn)定性和分布 　　7．5．1 地下水分布的模式 　　7．5．2 地下水的直接探測(cè) 第八章 尋找生命 　8．1 與生物有關(guān)的火星條件 　8．2 海盜號(hào)的生物實(shí)驗(yàn) 　8．3 火星隕石ALH84001 　8．4 大氣里的甲烷 　8．5 未來(lái)的任務(wù) 　8．6 行星保護(hù)問(wèn)題 第九章 展望 參考文獻(xiàn) 附錄 早期探測(cè)計(jì)劃

章節(jié)摘錄

插圖：1.2.2 蘇聯(lián)俄羅斯的火星探測(cè)計(jì)劃前蘇聯(lián)在空間探測(cè)的早期也曾熱衷于向火星發(fā)射探測(cè)器。由于在這一時(shí)期蘇聯(lián)和美國(guó)之間是一種太空競(jìng)賽的形勢(shì)，蘇聯(lián)曾搶先向火星發(fā)射了探測(cè)器。經(jīng)過(guò)了幾次失敗之后，蘇聯(lián)在1962年11月1日發(fā)射的火星1號(hào)于1963年6月19日在距離火星表面195000千米處飛越了火星。這個(gè)計(jì)劃在設(shè)計(jì)時(shí)曾設(shè)想對(duì)火星進(jìn)行拍照，在軌道轉(zhuǎn)移時(shí)獲取太陽(yáng)風(fēng)的數(shù)據(jù)，并確定火星是否存在磁場(chǎng)。但是由于天線的調(diào)方向機(jī)構(gòu)在1963年3月就出了問(wèn)題，因此在飛越火星時(shí)實(shí)際上沒(méi)有數(shù)據(jù)返回?；鹦?號(hào)的復(fù)制品稱為Zond2號(hào)，于1964年11月30日發(fā)射。但由于太陽(yáng)帆板的一側(cè)沒(méi)有打開(kāi)，比設(shè)計(jì)的能源提供能力減小了一半，1965年5月通信中斷，因而，在它于1965年8月6日飛越火星時(shí)同樣沒(méi)有任何數(shù)據(jù)返回。Zond3號(hào)錯(cuò)過(guò)了1964年的火星發(fā)射窗口，于1965年7月18日發(fā)射，盡管它仍然飛向了火星，但這時(shí)已經(jīng)不是火與地球最接近的時(shí)機(jī)了。蘇聯(lián)在1969年的兩次發(fā)射都失敗了，同樣，1971年宇宙419號(hào)的發(fā)射也失敗了。運(yùn)氣較好的是蘇聯(lián)發(fā)射的火星2號(hào)和火星3號(hào)，它們分別于1971年5月19和28日發(fā)射，都是軌道器與著陸器的組合，并雙雙于當(dāng)年11月底，晚于水手9號(hào)幾周進(jìn)入火星軌道?；鹦?號(hào)和3號(hào)都具有進(jìn)入軌道后對(duì)火星進(jìn)行程序拍照的功能。不幸的是，1971年火星上發(fā)生了全球性的沙塵暴，當(dāng)這兩個(gè)探測(cè)器對(duì)火星拍照時(shí)火星實(shí)際上已被沙塵全部籠罩。照片是拍下來(lái)了，但是并沒(méi)有看到這顆行星的真實(shí)面貌。另一個(gè)儀器紅外輻射計(jì)卻提供了一些有用的數(shù)據(jù)，測(cè)量了火星表面的溫度和熱慣量，表明這顆行星的表面被干燥的沙塵覆蓋。對(duì)北極冰蓋的溫度觀測(cè)顯示其溫度接近二氧化碳的冷凝溫度，也即冰蓋的主要成分應(yīng)該是二氧化碳CO2?；鹦?號(hào)和火星3號(hào)上的光度計(jì)對(duì)大氣的觀測(cè)顯示，沙塵云的主要分布在大約10千米的高度，在沙塵暴期間大氣中水蒸汽的含量則非常的低。大氣中沙塵顆粒（幾個(gè)微米的數(shù)量級(jí)）和極區(qū)冷凝云顆粒（亞微米數(shù)量級(jí)）可以通過(guò)它們的散射（特別是氫和氧原子的三階萊曼阿爾法譜線）進(jìn)行測(cè)量?；鹦?號(hào)與地球之間進(jìn)行的無(wú)線電掩星測(cè)量揭示了火星電離層存在由大氣成分和粒子大小區(qū)分的兩個(gè)主要區(qū)域。對(duì)火星磁場(chǎng)的測(cè)量表明火星僅存在極弱的磁場(chǎng)，比地球磁場(chǎng)要低大約4000倍。盡管兩個(gè)探測(cè)器的軌道只提供了7次近距離觀測(cè)火星的機(jī)會(huì)，但它們都在軌道上運(yùn)行了4個(gè)月。由于火星2號(hào)上的遙測(cè)信號(hào)非常弱，因此這個(gè)探測(cè)器獲得的大部分信息都丟失了。火星2號(hào)和3號(hào)都搭載了著陸器（在俄語(yǔ)中稱為“降落單元”）。

編輯推薦

《火星:關(guān)于其內(nèi)部、表面和大氣的引論》是由科學(xué)出版社出版的。

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