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认识一下火星

发布日期:2020年07月08日 来源 : 中国航天日微信公众号 字体: 【大】【中】【小】

 火星,这颗在夜空中红色荧荧的星球,因为它与地球的种种微妙相近而一再成为人们关注的焦点。它是太阳系的第四颗行星,地球轨道外侧的第一颗行星,轨道最靠外的一颗岩石行星,也是太阳系宜居带里最外侧的一颗行星。关于它的各方面信息多年来随处可见,但这颗星球真实而全面的形象究竟如何?

  不如现在就来认识一下,先从它的基本数据开始:


  这张自然色照片反映了火星的真实颜色。罗塞塔号摄于2007年2月。(ESA & MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA, CC BY-SA 3.0 IGO)


  轨道

  火星的轨道和太阳系的所有其他行星一样是椭圆形的,但它的轨道形状明显比地球扁。衡量一个椭圆形状的参数是偏心率,正圆的偏心率是0,偏心率越大,椭圆的形状越扁。地球轨道的偏心率是0.0167,而火星轨道的偏心率是0.0934,在太阳系八大行星里排名第二(轨道最扁的是水星,偏心率达到0.2056)。它在近日点和远日点与太阳的距离,差异可以达到4250万㎞,而火星与地球之间的最小距离才只有5570万㎞。

  火星在轨道上的运行速度比地球慢,地球的前进速度平均29.78㎞/s,最快30.29㎞/s,而火星的前进速度是24.07㎞/s,最快26.50㎞/s。这颗行星的公转周期(恒星年)是686.98个地球日;火星两次经过它自己的“春分点”,也就是火星轨道平面与火星赤道面升交点的时间间隔是686.973个地球日,这是火星上的“回归年”。每779.94天,火星-地球-太阳三者之间的位置重现一次,这是火星的“会合周期”。

  你也许觉得,太阳系的行星排列是这样的:


  (图源网络)


  但其实,从地球轨道到火星轨道之间的距离,与更远的木星轨道相比,相差将近10倍。

  火星是距离地球最近的外行星,但并不是太阳系里离地球最近的行星。火星与地球轨道半径的差距,大约是金星的1.89倍。单从轨道形状、轨道距离和行星大小来说,金星与地球更为接近。火星与地球相似的,是它的自转方式。

  自转

  火星的自转周期是24小时37分22秒,这是火星上的一个“恒星日”,也就是同一颗恒星连续两次在星空中升到最高处的时间之差。而火星上的“一天”,也就是一个“太阳日”,指的是太阳连续两次在星空中升到最高处的时间之差,比恒星日稍长,平均为24小时39分35秒。

  和地球一样,火星也是倾斜着身子自转的,它的自转轴与它自己的公转轨道面有一个25.19°的夹角。因此,火星夜空中的北天极在天鹅座天区,但北天极附近没有可以充当北极星的亮星。与地球相似的自转倾角也意味着它与地球一样有着四季的变化。不过,由于火星的轨道比地球扁,四季的长度差异十分明显。

  尺寸

  火星经常被拿来与地球做比较,但其实它的质量(0.6412×10^24㎏)只是地球的10.7%,9个火星才能相当于1个地球。这颗行星的半径刚过地球的一半,赤道半径(3396.2㎞)是地球的53.2%,极半径(3376.2㎞)是地球的53.1%。它跟地球一样,赤道半径和极半径有轻微的差异,是一个肉眼难以觉察的椭球,形状比地球还要稍微扁一丁点。


地球与火星的大小比较。(NASA/JPL-Caltech)


  火星的密度在太阳系的四颗岩石行星里属于“异类”,平均密度只有3933㎏/m³,而水星、金星、地球的平均密度都在5000㎏/m³以上。因此虽然它的质量是水星的两倍,但表面引力却与水星相似,都是3.7m/s2,相当于地球的38%。这颗星球的逃逸速度,也就是离开火星飞往其他行星的最低速度,是5.03㎞/s,不到地球的一半。因此,飞船离开火星返回地球需要的燃料,比离开地球前往火星所需的燃料要少一些。

  大气

  火星有着以二氧化碳为主的稀薄大气。由于在火星上没有“海平面”,以它的平均半径球面作为标准面,这里的平均气压是6.36mb,约为地球标准大气压的6%。但火星的大气压随着季节变化有明显的波动,在夏季,冻结在极冠里的二氧化碳来到大气中,在冬季,大气中的二氧化碳回到极冠里,因此夏季的大气压可以是冬季的两倍。在火星表面,大气的密度约为0.02㎏/m³,只有地球空气密度的1.5%。在如此稀薄的大气中,尽管狂风呼啸,但风力却完全不能与地球上的同等风速相比。


  海盗1号拍摄的火星大气。(NASA)


  火星在太阳系中,有着自己的位置和特点。它的位置和质量影响着这颗星球的方方面面,使它成为与地球迥异而又处处可以互相比较的一颗行星。(刘茜)

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