荒凉的火星
火星是一颗红色的行星，它缓慢地在众星之间穿行，时而顺行，时而又逆行，亮度常有变化，最暗的时候视星等约为+1.5等，最亮的时候比天狼星还亮得多，令人迷惑，所以，中国古代称为“荧惑”。
火星是一颗最具传奇色彩的行星，有着许多令人神往的故事，然而，它并不像人们想象的那样美好。在干燥的火星表面上遍地都是红色的土壤和岩石。由于不断受到风沙作用，火星表面到处可以看到沙丘和类似河床的地形。这种河床地形分布在南半球及赤道附近，表明了距今大约30亿年前火星上曾有过像地球上一样的河川，有水流动。
火星表面满目荒凉，是赤色的不毛之地。大气中的微尘使天空呈现橙红色。火星的红色之谜一直困扰着人们。通过对火星泥土的分析，我们知道原来火星土壤中含有大量氧化铁，由于长期受紫外线的照射，铁就生成了一层红色和黄色的氧化物。夸张一点说，整个火星就像是一个生了锈的世界。火星的赤道半径是3332公里，只有地球半径的一半，它的体积只有地球的1／7，质量为地球的1／9；表面重力加速度为地球的2／5。在火星上，以每秒5公里的速度抛出的物体就能脱离火星。由于火星上物体的脱离速度小，火星难以束缚住许多大气分子，因而火星大气非常稀薄。火星大气的主要成分是二氧化碳，约占95％，其余是氮、氩、一氧化碳、氧、臭氧和氢；水汽的数量很少，平均约为大气总量的0.01％。表面大气压为7.5百帕，相当于地球30～40公里高处的大气压。
火星上受到的太阳辐射只有地球上受到的40％，因而火星的表面温度比地球要低30℃以上，昼夜温差超过100℃。在火星赤道附近，中午的温度也只升到20℃左右，晚上又下降到-50℃以下；在两极地区的夏季气温只有-70℃，冬季可下降到-139℃。望远镜发明以后，17世纪，荷兰学者惠更斯发现火星的南北两极都有白色的极冠，其大小随着季节不同而变化。当北半球是冬天时，北极冠增大；此时南半球是夏天，南极冠减少。当北半球到了夏天，北极冠的面积也随之缩减，和地球上的冰雪在夏季融化的情况一样。
一百多年前，意大利天文学家乔·斯基亚巴雷利在观测了1877年火星大冲后宣称，他在望远镜中观测到火星表面有几百条“河流”样的黑暗条纹，并发表了手绘的火星有面图。在将意大利文的“河流”翻译成英文时，被译成了“运河”。在以后的几十年内，观察火星表面的“运河”成了火星研究的重要课题。20世纪50年代，前苏联有位天文学家从颜色变化上认为火星表面一些地区的光谱从地球上高寒地带某些植物的分光特征相似，从而推论火星上有耐寒植物。这些都曾使科学幻想作家的思维插上了翅膀。在他们的笔下，栩栩如生的怪物——“火星人”跃然纸上。
为了探测火星的真面目，1962年以来，美国和前苏联先后发射了15个火星探测器，其中美国发射了8个，前苏联发射了7个，对火星进行了就近观察、就近探测和实验，取得了许多珍贵的科学成果。
1965年7月14日，美国的“水手4号”飞掠火星，第一次实现了人类就近一瞥红色近邻的夙愿。“水手4号”在离火星9600公里处拍摄了22幅电视图片。它发回来的图片显示出火星表面分布有许多环形山、火山和沙漠。1969年飞临火星的“水手6号”和“水手7号”不仅把地貌电视图片扩大到全球表面的10％，还用紫外分光仪器和红外分光仪器设备分析了火星的大气成分和表面结构。1971年发射的“水手9号”于11月进入环绕火星的轨道，成为火星的人造火星卫星，在环绕火星的轨道上观察火星及其卫星。1975年8月和9月，美国的“海盗1号”和“海盗2号”相继上天。它们的主要任务是探索火星上的生命之谜。
前苏联从1962年11月至1973年8月共发射了7个“火星号”探测器，并依次编号为“火星1号”、“火星2号”、……“火星5号”等。“火星号”探测器的主要任务是探测火星及其周围空间以及行星际空间。“火星2号”曾把刻有前苏联国徽图案的金属片投掷在火星表面；“火星3号”放出着陆舱，首次实现在火星表面软着陆；“火星2号”、“火星3号”和“火星5号”都先后进入环绕火星的轨道，成为火星的人造卫星。
探测器发回的探测结果表明，火星随季节变化的极冠既有水冰，又有干冰（固体二氧化碳）。北极冠大部分由水冰构成，南极冠则是由冻结了的二氧化碳构成。据估计，极冠中大约保存有大气中20％的二氧化碳，而保存的水则比大气中的要多得多。极冠中的水冰，如果全部融化并均匀分布在火星表面，就会形成一个10米厚的水层。
火星大气中常有一种形状像黄云的尘暴。局部的尘暴经常出现，大的尘暴在地球上用望远镜可观测到；特别大的尘暴（如1971年的尘暴）能笼罩火星全球，并持续数月之久。尘暴是由火星低层大气中卷着尘粒的大风构成的。据估计，每次大尘暴覆盖在火星南半球的尘埃达108～1010吨之多。火星表面的75％布满了沙漠，成分是硅酸盐、褐铁矿等铁氧化物，所以远远看去，火星是一个橙红和棕红的世界。火星的表面被划分成两个截然不同的半球，被一个大约倾斜于赤道30°的大圆所分开。大圆的南部半个球面崎岖不平，且布满环形山；最大的环形山直径约为1600公里；某些地区环形山的密度可以和月面相比；大圆的北部半个球面比较平坦，但也是满目荒芜，石块、沙丘和酷寒的山峰装点着它的表面。火星上还有一些火山和峡谷。最大的火山是一座称为“奥林匹斯之雪”的火山，其底部的直径约500公里，火山口的直径也有72公里，大约有25000米高，几乎是珠穆朗玛峰的3倍。火星上最大的峡谷是“水手9号”发现的水手谷，峡谷绵延5000多公里，宽200公里，比周围地面低6～7公里，谷壁十分陡峭，它比地球上最大的峡谷——科罗拉多河峡谷（长46公里、深约1.8公里）大得多。火星表面不存在液态水，但探测到数千条干涸的河床，最长的达1500公里，宽约60公里。主要的大河床分布在赤道地区，是由比熔岩流更少粘带性的液体造成的，说明火星从前曾有过水，美国“海盗号”探测器选择了生命存在可能性最大的地方着陆，对采取的土样进行实验和分析，结果表明火星表面上存在生命的可能性极其微小。
火星是一个冷酷的、没有生命的世界。其内部构造与地球相似，有核、幔和壳。核中含有硫，几乎全部的铁都成了硫化铁。核的半径约1300～2000公里。外壳由大量硅和铝及少量镁等所形成的较轻的岩石组成，厚约50公里。
1877年，意大利天文学家斯基帕雷利，发现火星上有一些纵横交错的暗线条，并进一步观测到它们似乎还有季节性变化。消息传开之后，立即引起了极大的轰动。许多人认为它们是火星上的运河，是“火星人”为灌溉土地而特地开挖的。几乎在长达一个世纪里，都有不少人相信火星上有生命和大量的水。
观测表明，火星上确实存在着水，只是水量比地球上要少得多。如果把火星大气中所含的水蒸气全部凝结成水，并把这水平均覆盖在表面上，这层水薄膜的厚度大致是1／100毫米。火星大气中也飘浮着云，云主要由水和二氧化碳组成。
火星大气非常稀薄，大体相当于地球高空30～40公里处的大气压。在这样的环境中，水在0℃就会沸腾，变为蒸气逃逸掉。火星赤道附近的最高温度可以达到20℃左右，那里有可能短时间内存在液态的水。火星表面的水主要集中在两极地区，那里常年的温度都在0℃以下，极夜最低温度可以下降到-139℃，不用说水早已结成冰，就连二氧化碳也会凝结而成为干冰。两极极冠在极大时，可以一直扩展到纬度60度左右的地区，说明它们含有一定量的水，把这水平均铺在火星表面上的话，水层可有10米厚。
无疑水也会储存在火星表面以下各层中。在纬度高于45度的地区，表面以下的地层终年都是非常寒冷的，会形成冰层，类似于地球两极地区的永冻层。1973年，美国科学家发现，在赤道附近的“太阳湖”地区，日落后气温下降得比周围地区慢，夜间气温则显得略高。数年后，“海盗号”探测器发现这片地区上空大气中的水蒸气含量，也比别的地方要多。有人认为，这片区域的地下可能存在着一个有着一定温度的液态水水库。
与地球拥有的水相比，火星上的水量是微不足道的，但火星上毕竟有水，这是最主要的。
据估计，在火星的全部历史中，蒸发和逃逸了的水如果全部重新回到火星上来的话，火星表面将被笼罩在一圈50～100米厚的水层中。可是，火星现在所拥有的全部水却不多，那么，或者是大量的水都散逸掉了，或者是火星上从来就没有过那么多的水。
说火星上曾经有过大量的水有什么根据呢？科学家们认为，在地球发展的早期历史阶段，曾经有过频繁的火山喷发，而地球火山喷发出来的最丰富的气体是水和二氧化碳，地球上的水就是这样从内层深处释放出来和积累起来的。经过几十亿年的发展和演化，地球从内部向外这样释放水的过程早已结束。正因为如此，现在的火山喷发活动中，已经很难找到这种释放水了。
其他行星包括火星在内，它们的火山喷发情况大概也是这样，火星上的大量水想必也是从自己内部，通过其面上星罗棋布的火山而来到表面的。火星表面充满着火山频繁活动的证据，这是现在已经充分肯定了的，这些火山在已往的岁月里为火星大气提供了大量的水和其他挥发性物质，这是无可怀疑的。
1971年发射成功的“水手9号”火星探测器，所看到火星表面景象是一片荒凉，毫无生气。它没有探测到表面上有液态水，但却发现了许多蜿蜒的河床。这些河床与所谓的火星“运河”完全是两回事，也与地球上和月球上的熔岩河床不同。有充分的证据可证明，在火星历史的早期，频繁的火山活动等因素使得火星表面比较温暖的时候，液态水曾经在这些河床里流动，掀起阵阵波浪。也有人认为，那时火星绕轴自转的情况跟现在不一样，自转轴要比现在倾斜得多。这样，南北两极冠就有更多的机会融化成水，并蒸发成水蒸气，水蒸气后来又凝结成雨落在赤道地区，形成河流。至于极冠融化而产生的二氧化碳气体，则进入了大气。
从分布情况来看，河床也并不像假想的“运河”那样散布在整个火星面上，主要的大河床是在常年温度最高的赤道地区发现的。最大的河床长达1500公里，宽60公里甚至上百公里。大河床与众多分支流结合在一起，形成脉络分明、自然流畅的水道系统，而那些分支流几乎无例外地朝着大河床的下流方向流去。
有的大河床看来是由水的冲刷作用形成的。在火山活动而喷发出数量可观的水和二氧化碳等的同时，如果相应地区的地热把地下冰融化了，就会形成一股或者多股有相当威力的水流。在它们的冲刷下，火星表面会很自然地形成大小河床。
河床的形成原因可能有多种多样，但是，河床里流动着大量的水，基本都一样。我们要问，经过几十亿年的演变，现在火星面上竟然是涓涓小溪未见一股，潺潺水声未闻一声，它的浩淼大水、万顷碧波究竟到哪里去了呢？前面曾提到过，火星大气、极冠和地下都保存着部分水。但是，尤其是大气和极冠，所保存的水量是极其有限的。
在火星表面火山活动减少之后的那段时期里，火山喷发出来的气体减少，并在太阳光的作用下逐渐分解。其中比较轻的元素就会成批地脱离火星大气，逃逸到空间去；而那些比较重的元素，则与有关成分结合。火星大气变得越来越稀薄、干燥、寒冷，留在地面上的水也就很快变成水蒸气逃逸掉。这可能是火星水的一种去向。
