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在火星的腹地有一道粗糙的地质“疤痕”，其长度与纽约到洛杉矶的距离相当。火星地壳上这条巨大的断裂带叫做水手谷，它是在1972年由水手九号宇宙飞行器发现的。
由数条平行相接的沟槽组成的水手谷，无论从哪方面相比都使地球上的大峡谷相形见绌。它比大峡谷更宽，更长，更深，年代也更古老，是当之无愧的峡谷之王。
这张水手谷的镶嵌图像经过着色来显示火星地表。它是由热辐射成像系统（themis），装配在nasa火星“奥德赛”轨道飞行器上的一部可见光和红外感应相机。火星“奥德赛”飞行器由洛克西德.马丁公司制造，喷射推进实验室负责它的飞行控制。
这幅由500多张日间红外照片组成的镶嵌图显示出的山谷细节比以往任何合成照片都要多。这条山谷极为宽广，它的西部纵深直穿纳克提斯迷宫（noctis labyrinthus），总长约3000公里（2000英里）。尽管如此，象足球场大小（100米, 328英尺）的微小细节仍可在图像中辨认出来。
地质学家认为，水手谷大约在35亿年前沿地质断层开始形成。断层是由地质构造变化以及位于西部的塔希斯（tharsis）巨型火山的不断增长所造成的。当融化的岩石（岩浆）从地壳涌入塔希斯山后，整个地区开始抬升，这时周边的地壳岩石不断被拉伸，直至断裂形成断层和裂纹。
当裂缝展开后，地面就会下沉，就像拱门移动时拱心石就会坠落一样。同时，断层也为地下水的流动打开了通道，它破坏了地表，并且扩大了断裂区域。在水手谷的无数地方，险峻而且较新暴露的崖壁变得很不牢固，由此造成的山崩使峡谷变得越来越宽。
水手谷究竟何时开始停止增长目前还不清楚——因为直到现在有些地方仍有小型的山崩出现。但是它的主要活动大致在20亿年前就告一段落。
水手谷的几个地方展示出它在形成以及发展过程中的不同阶段。这些实例有助于科学家更好地了解它的来龙去脉。 |
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水手谷最初是在缓慢而无法抵御的拉力下裂开的。当地质构造运动拖拽火星地壳形成塔希斯山脉时，它的断裂在地表形成了横跨几百英里裂痕。今天所看到的裂痕只是水手谷形成过程中普遍现象中的点点残余。
这些断层的弯曲形状表明，这一地区移动起来并不象厨房台面的大理石那样坚硬。反倒更象一大块从蛋糕纸上滑下的巧克力蛋糕，柔软而弯曲。
另一处断裂位于塔希斯火山的北面。在那里，黄泉沟被数十条弯曲的断裂带所切割。 |
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当地表裂开，水与融化的地下冰雪顺势下流，造成地面塌陷，部分地区被冲刷。水手谷的不同地段为这一过程提供了不同阶段的快照。
例如，此处断层已经形成了塌陷坑，有些坑又互相串连，形成了大面积的凹陷。这一过程不断地侵蚀地面，直到两个相邻断层间的土地全部毁掉为止。 |
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在山谷的东端，科学家观察到洪水泛滥的确凿迹象。此处的地面曾经完全浸泡在水中，当洪水退去，地表几乎完全塌陷下去，只剩下孤零零的方山和丘陵。因此，科学家们将这样的地带称为“混乱地形”也就不足为奇了。
洪水最终通过数条冲刷河道涌入了北部低地。从水手谷的东端起，洪水流经一系列河道，最终到达克里斯（chryse）盆地。在水手谷的西北方，类似的洪水从一个名为echus chasma的凹陷处涌出，形成了凯希谷（kasei valles）的冲刷河道。
究竟是一次势不可挡的巨大洪水涌入了河道，还是较小规模的洪水多次冲刷的结果？这依然是个未解之谜。目前的证据显示，洪水发生在几个阶段，而且至少曾有过一次巨大的泛滥。
尽管发生在数百万年前，但是这段洪水泛滥现象却集中发生在火星历史上一个称为“西方纪”（hesperian）的时期。这个时期是处在形成巨大陨石坑和火山活动最剧烈的“诺亚纪”（noachian）之后，与“亚马逊河代”（amazonian）之前的一个过渡时期。这三个时期的命名取自三个特定的区域：诺亚台地（noachis terra ）、西方之国平原（hesperia planum）以及亚马逊河平地（amazonis planitia）。
虽然只能大概推断出“西方纪”的时间跨度，但是科学家认为这一时期开始于约35亿年前，结束于约20亿年前。在这段时期，除了大规模的洪水泛滥和tharsis的增长，火星经历了数次缓慢的撞击并形成一些陨石坑与盆地，火星的气候也逐渐变得越来越寒冷，越来越干燥。 |
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并不是山谷内所有的侵蚀都会引发灾难性的洪水。在louros谷等地，大量的支流峡谷侵入山谷的的南部边缘，峡谷不断加宽，并伴有轻度侵蚀。这些峡谷和山谷的主要部分很可能是在同样的原理下形成的，即地下水的流失，但是这些峡谷的水量更少，规模更小，结果也更集中。
就像地质学家推想的那样，水以泉眼或渗漏的形式从峡谷峭壁中流下，并将沉积物冲走。这种逐渐侵蚀的过程带来的结果就是从峡谷边缘向后缓慢倾斜的圆顶山谷。岩石的断层和裂缝引导了侵蚀的方向，于是日益增长的山谷就形成了特有的树枝状。
在这里所看到的支流峡谷与位于亚利桑那州北部著名的大峡谷堪有一比。大峡谷蜿蜒约800公里 (500英里) ，而这些支流峡谷长度只有140公里 (72英里) 。但是这个峡谷与水手谷的相接处深达3800余米 (12500英尺) ，其深度超过地球上的大峡谷的两倍。
在陨石坑底的中心也可以观察到地下水的作用。在陨石坑口，围绕着薄薄一层约7公里 (4.5英里) 宽，有着凸起外缘的岩屑层。科学家们称之为壁垒陨石坑。科学家们说，这个裙形的岩屑层表明在撞击发生时，地表中存有大量的水或冰。冲击产生的热能释放出地表中的水，并湿润了飞扬的碎屑，从而形成了一道约70米高 (240英尺) ，有壁垒环绕的半固体扩散圈。 |
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在水不断地侵蚀下，悬崖与谷壁通常很不牢固，水手谷的多处地方都是因为山体滑坡而加宽的。这处特殊的滑坡坍塌了数千英尺，最大塌方长度达100公里（60英里）。更进一步的观察显示，此处曾经发生了数次山体滑坡，新的塌方不断将上一次的塌方掩埋。
正如地球上的山体滑坡一样，火星上的滑坡可以波及很长的距离，尤其当岩石碎块中含有水或者气体，使摩擦力大大减少的时候。科学家们甚至认为，火星上稀薄的空气很可能也是造成这种巨大滑坡中原因之一。同样的，如果长度缩短，滑坡遍及了水手谷的大部分地区，并有助于峡谷的加宽。 |
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然而，水手谷的历史上不单单只受到侵蚀。在左图中显示的米拉斯峡谷（melas chasma），以及堪德峡谷（candor chasma）和俄斐峡谷（ophir chasma）等地，谷底堆积了高高的沉积物。地质学家称之为内部层叠沉积物。这些物质的起源和特性，可能是水手谷内最大的奥秘。
在赫柏斯峡谷（chasmahebes)）等地，沉积物层层堆叠，几乎可以触及到山谷的边缘。它们呈现出侵蚀的岩脊和阶地，孤立的小山、平顶的台地等等不同形态。在某些地方，沉积物被山体滑坡的岩石碎块所覆盖。
那么这些沉积层从何而来？这种平铺、无扭曲的层叠说明沉积物是在一个平静的地质环境下堆积起来的。例如，从天而降的火山灰，或是沉积在湖泊或者大片静止水域的沉积物。但是如果沉淀物质的来源是湖床沉积物，那么它们又是如何进入了山谷？这依然是个未知数。
另一个费解之谜是火星历史上曾经有过怎样湿润的环境？在水手谷内部，恒河峡谷（ganges chasma）的谷底，含有富含橄榄石的玄武岩。橄榄石是一种呈绿色的矿物，当其置于水中时，很快会被水侵蚀为其他形态。恒河峡谷内的橄榄石表明，在峡谷历史上只存在过相对少量的水。
但是在峡谷系统的其他部分，例如堪德峡谷（candor chasma），科学家们发现了粘土矿物。这表明岩石和岩屑曾经被水严重侵蚀。此外，这里水的酸性也比“机遇号”火星车在梅里迪亚尼平原所发现的要低。
因其极为突出的特点，水手谷显然在火星历史上占据了重要的篇幅。虽然科学家已经可以列出火星历史的概要，但是其中的细节还难以考究。
不管水手谷的故事会如何发展，解决这些或者那些未解之谜的过程都将使科学家更好地研究地球隔壁这片红色世界的历史。 |
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在水不断地侵蚀下，悬崖与谷壁通常很不牢固，水手谷的多处地方都是因为山体滑坡而加宽的。这处特殊的滑坡坍塌了数千英尺，最大塌方长度达100公里（60英里）。更进一步的观察显示，此处曾经发生了数次山体滑坡，新的塌方不断将上一次的塌方掩埋。
正如地球上的山体滑坡一样，火星上的滑坡可以波及很长的距离，尤其当岩石碎块中含有水或者气体，使摩擦力大大减少的时候。科学家们甚至认为，火星上稀薄的空气很可能也是造成这种巨大滑坡中原因之一。同样的，如果长度缩短，滑坡遍及了水手谷的大部分地区，并有助于峡谷的加宽。
火星是太阳系中第七大的星体，距离太阳的第四个位置：
轨道： 距离太阳 227，940，000 km (1.52 天文单位AU)
直径： 6，794 km
质量： 6.4219e23 kg
在神话中，火星 (希腊文： 阿雷士Ares) 代表的是战神。这颗行星也许是因为它火红色的外表而得名；火星有时候也会被称为红色行星(Red Planet)。(一个有趣的额外注解：在火星被联想成希腊的阿雷士之前，它在罗马众神中的身分是掌管农业的神；这表示火星比较倾向於是开垦与拓荒的象徵。) 月份中三月的名字就是源自于火星。
火星早在很久以前就已经为人所知。 在太阳系中，火星仍然是科幻小说作家眼中最喜爱也最适合拥有人类住宅的地点(除了地球之外！)。但很不幸地是，那些被 拉威尔(Lowell)和其他人所看见的著名"运河"，只不过和 巴索米恩(Barsoomian)公主一样是虚构的。
第一艘造访火星的太空船是西元1965年发射的 水手四号(Mariner 4)。 其他几个後来跟进的包括有第一艘登陆火星的 火星二号(Mars 2)，和1967年发射的两艘维京人号(Viking)登陆艇(左图)。 在结束长达20年的空白後， 火星探路者号(Mars Pathfinder) 又成功地在1997年7月4日登陆火星(右图)。
火星的轨道明显地呈现椭圆形。 造成的结果之一就是在火星远日点和近日点间的春分和秋分点会有大约30℃的温度变化。 这就是影响 火星气候的主要原因。 虽然火星的平均温度约为218 K(-55℃，-67℉)，但是其实火星地表的温度范围分布得很广，可以从在冬季的永夜极地温度只有140 K(-133℃，-207℉)，到在夏季时向阳面将近有300 K(27℃，80℉)的高温。
虽然火星比地球小很多，但它的表面积却和地球表面的陆地面积大约相等。
除了地球以外，火星有著任何类地行星中最具高度变化和有趣的地形，其中有一些十分壮观的：
- 奥林帕斯山脉(Olympus Mons)：是太阳系中最高大的山，比周围附近的平地高出了 24 公里(78，000 英尺)。它的底部直径超过 500 公里，边缘则是高 6 公里(20,000 英尺)的悬崖(右图)。
- 塔西斯高地(Tharsis)：在火星表面上一个巨大的隆起高地，直径大约 4000 公里，高 10 公里。
- 水手号峡谷(Valles Marineris)：一个峡谷系统，有 4000 公里长， 2 到 7 公里深(本页最上端)。
- 赫拉斯盆地(Hellas Planitia)：在南半球的一个撞击坑，超过 6 公里深，半径 2000 公里。
大部分的火星地表都是非常年老的，而且有很多坑洞，但是也有比较年轻的裂谷、山脉、丘陵和平原。
在火星的南半球，主要为古老的、有陨石坑的高地(左图)，很类似月球的表面。 相比之下，大多数低海拔的平原组成都比较年轻，而且拥有较复杂的历史。 一个剧烈且高达数公里的海拔高度变化似乎出现在南北半球的分界上。 是什麼原因造成了这种全球性的二分法地形变化和突变的边界，目前并不清楚(根据某些推测，可能在火星沉积不久後，发生了一次巨大的撞击事件)。 火星全球探测者号(Mars Global Surveyor)已经制作了一款很好的火星 3D 地图 可以清楚的显示这些特征。
火星的内部只是藉由地表的资料和大部分行星的统计值推论而得知。 最适当的说法是火星拥有半径大约1700公里的致密核心，和一层比地球的地函密度大一点的熔岩地函，加上一层薄薄的地壳。 根据来自火星全球探测者号的资料显示，火星南半球的地壳约为80公里厚，但北半球的地壳却只有大约35公里厚。 比起其他的类地行星，火星的低密度显示出它的核心除了铁以外，相对来说可能含有较大比例硫磺的成分(铁和铁的硫化物)。
就像水星(Mercury) 和月球一样，火星现在缺乏活跃的 板块运动(plate tectonics)， 而且火星的地表也没有近代水平移动的证据(像是在 地球上很普遍的褶皱山脉)。 因为没有横向的板块移动，火星地壳下的热点(hot-spots)会停留在相对于地表的固定地点，再加上伴随著较弱的地表重力，就可以解释塔西斯高地和巨大火山的存在。 然而，目前火星上并没有近代火山活动的证据。 但是来自火星全球探测者号的新证据显示，在火星早期的历史中可能会有板块的移动，这比起地球更来得有趣多了！
在很多地方都有非常明显被侵蚀(erosion)过的证据，包括大型洪水和小型河流的系统(左图)， 这表示在过去的某个时间里，一定有某种流体存在於火星地表，液态水是明显的流体，但是也有 其他的可能性存在。 火星的地表可能曾经有大湖泊或甚至是海洋，而由火星全球探测者号所拍摄到的 地形分层影像 则更加强证实了这些湖泊或海洋是曾经存在的。 但这似乎只发生在很久以前，而且很短暂；侵蚀河道的年龄根据判断大约有将近四十亿年。 (水手号峡谷并不是由流动的水造成的。 它是和产生塔西斯高地所造成地壳拉张与破裂的效应有关。)
火星在早期是非常类似地球的。 当时在地球上几乎所有的二氧化碳(carbon dioxide)都被耗尽在制造碳酸盐岩(carbonate rocks)。 由于缺乏像地球一样的 板块运动， 火星无法循环任何二氧化碳使之回到它的大气层，所以无法支持显著的温室效应(greenhouse effect)。因此，假设火星到太阳的距离和地球一样，它地表的温度还是会比地球低很多。
火星有著一层非常薄的大气圈，大部分是由残馀下来微量的二氧化碳(95.3%)加上氮(2.7%)、氩(1.6%)、微量的氧(0.15%)和水(0.03%)所组成。 火星地表的平均大气压力大约只有7毫巴(millibars) (比地球大气的1%还少)，但是火星却有从最深的盆地(大约9毫巴)到奥林帕斯山脉的山顶(约1毫巴)间剧烈的气压变化。 不过它的大气浓度却仍足以支持整个行星陷入强风和 巨大的尘暴(vast dust storms)之中为期好几个月。火星薄薄的大气虽然还是会造成 温室效应，但它只够提高地表温度5 K，是比在 金星(Venus)和地球上看到的还要少很多。
在火星的两极多半是由固体二氧化碳("乾冰")所组成的永冻冰帽。这些冰帽显示出由不同黑尘(dark dust)浓度变化的冰，交替间隔成层的分层结构。 在北半球的夏天，二氧化碳会完全地 升华(sublimes)只留下一层水结成的冰。 我们并不知道在南半球的冰帽(左图)下是否有类似的冰层存在， 因为它的二氧化碳层从来没有完全消失过。 这一层冰形成的机制并不清楚，但是可能和气候上的变化及长期火星的倾斜角变化有关系。 在较低的纬度，也可能有冰层藏在地表之下。 火星两极冰帽的范围会随著季节而变化，因为这个缘故使得全球的大气压力也随之改变约 25% (在维京人号登陆艇登陆的地点测量到的结果)。
最近 哈伯太空望远镜(Hubble Space Telescope)(右图) 的观测中，显示出火星上的状态是在维京人任务中不曾遭遇过的，现在火星的大气似乎比当时维京人号登陆艇测量到的还要冷和乾。 (更多细节来自STScI)
维京人号 登陆艇完成了决定火星上是否有生命存在的实验。结果有点含糊，但现在大多数的科学家相信火星上并没有生命的徵象(然而，还是有一些争议存在)。乐观者指出只有两件极微小的样本被测量到可能会有生命存在，但这两件样本却不是来自令人满意的地点。在未来火星的任务中，更多的实验将会持续进行。
相信有少数的陨石(meteorites)(SNC 陨石)是起源於火星的。
在 1996年8月6日，大卫麦凯(David McKay)等人 宣布了在一个火星陨石 上出现有机化合物的初步鉴定。作者更进一步地暗示这些化合物(是关於在岩石上发现大量在矿物上的特征)可能是火星上古代微生物存在的证据。(左图)
这是个令人兴奋的发现，不过我们要注意一件很重要的事，那就是虽然这个证据很强烈，但是并不意谓著这样的证据足以证实外太空生命存在的事实。 在麦凯的论文发表後，同时也有好几则反驳的论文被提出来。 切记，"特别的主张需要特别的证据"。 在我们对这个最令人感到惊奇的主张有信心之前，更多的後续工作依然要持续进行。
大规模的的(但并非全球性的)微弱磁场存在於火星上的不同地方。这个 意外的发现是由 火星全球探测者号得到的，就在它进入火星轨道後几天而已。这可能是早期全球磁场消失之後所残留下来的，它也许跟火星的内部构造、过去大气层的历史，甚至是可能存在的古老生命都有重要的关联存在。
当火星出现在夜晚的天空，它是很容易以肉眼可见的。 根据火星和地球的相对位置，它明显的亮度会有大大地变化。 有好几个网站有显示木星(以及其他行星)目前在太空中的位置，一些天文仪的程式(像是Starry Night) 则可以描绘出更详尽的资料及星图，大家可以多加利用。
火星的卫星
火星有两颗轨道非常靠近表面的小卫星:
距离 半径范围 质量
卫星 (000 km) (km) (kg) 发现者 年代
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佛倍斯(Phobos) 9 11 1.08e16 霍尔(Hall) 1877
帝摩斯(Deimos) 23 6 1.80e15 霍尔(Hall) 1877
("距离"是从火星的地心开始测量起) |