20.13. 火星4号¶
有些大惊喜不常发生，但却与众不同。 蜿蜒的河道， 其形态更类似于熔岩通道的河道。一种解释认为，这种形态是过去在湖泊、地下水或可能是海洋中有足够的水的证据，从而引发了某种涉及暴雨和径流的水文循环。尽管少量的水可能会像地下冰一样被冻结，但大部分水已经蒸发到太空中。然而，大量的水活动已经重现，如维京轨道飞行器图像拼接中所示的树枝状沟道类型所证明的：
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19-42: What is the argument that the type of channels shown above is not volcanic sinuous rilles or collapsed lava tubes? `ANSWER <answers.html#19-42>`__
我们称之为第二种排水系统 流出通道 . 河道通常又宽又深，形成峡谷状的洼地。这种地形可能与突发洪水期间的灾难性冲刷有关。在地球上类似的一个例子是美国华盛顿州中部的沟渠结痂，在自然解体后，一个巨大的湖泊被迅速清空，几周后就形成了这种结痂。流出特征通常出现在 混沌地形 （上图，下图；注意中间的大流出通道），其中地表单元分裂成杂乱的块体和巨大的平板，在地下水逸出后留在后面，导致失去支撑（一个称为“蓝宝石”的过程）。我们认为，平原上的一个泪珠状地貌（下图）是流线型（类似于空气动力学雕刻）成形的一个主要例子，水自下而上的流动侵蚀了一个大陨石坑边缘周围的平原材料，并在尖端形成了梯田，可能还重新沉积了碎片。
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19-43: Present an argument as to why the teardrop landform was caused by water rather than wind. `ANSWER <answers.html#19-43>`__
火星表面的变化是惊人的，不同成因的地貌有一些可能与水作用有关，另一些可能与构造力、火山作用和风有关。以下是四个例子：
交叉线性特征的混乱，称为 沟槽地形 在这种情况下，可能是侵蚀的火山灰沉积的复杂表面，也可能是现在掩埋的火山熔岩单元残余物的联合扩大。
正如火山地体（如东非裂谷）经常发生的情况一样，在火星上也发现了一套与熔岩撤退后失去支撑引起的张力有关的近距离平行地堑（以断层为界的地壳下降块体）：
最后的图像描绘 侵蚀地形 由易受侵蚀的松散表面材料的风蚀和放气可能形成的浅凹陷组成。
其他具有独特名称的地貌类型（示例未显示；参见第19-12页顶部附近的地图）包括： 犁沟地形 ， 弯曲的地形， 渠化地形 ， 侵蚀地形 和 层状地形 .
19-44: From this list, decide which name best fits the terrain shown in the image below; ignore the large craters. `ANSWER <answers.html#19-44>`__
这些带有河流迹象的地貌的重要性在于，它们表明火星上确实存在着足够体积和浓度的水，这是有机分子形成的重要因素。碳，另一个重要的组成部分，无疑存在于今天的大气中。这些元素是来自内部还是来自陨石物质，在吸积阶段还是之后，仍然是不确定的。在维京遗址分析的样本中，没有任何可存活的有机物，这并不能证明现代火星上生物形成的可能性。样品可能没有在那里遇到有机物，但它们生活在别处。这两个地点都处于较年轻的地形中，因此不发生可能意味着任何早期生命或无组织的有机物在那时已经灭绝。
1996年在科学界引起的轰动是，有人声称来自火星的陨石含有生命的证据。科学家们在撞击后发现了12颗陨石，主要来自南极，他们普遍认为这些陨石来自火星，并将它们抛入了穿越地球的轨道。它们形成了一个被称为SNG陨石的群（包括舍尔戈蒂陨石、纳克莱特陨石和赤铁矿类型）。一个被称为艾伦山陨石（顶部），有几个特征被解释为与有机物一致。
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在一些古老的陆地岩石中发现的结构。这块破碎的岩石含有暗物质，被认为是古老的火星地壳，可追溯到45亿年前。金橙色碳酸盐球，年代约为公元前3.6年，被认为是原始海洋的证据。与这些球状物有关的是少量多环芳香烃，虽然不一定是生物源性的，但它们是土生土长的，而不是污染。存在由氧化铁（磁铁矿）和硫化铁组成的类化石体，但更逼真的是图像中看到的细长的锥形圆筒链（底部，上方）。不用说，许多怀疑论者认为这一证据并不具有说服力。最近的一份报告声称，这些微小的形式确实是原始细菌，但与地球上仍在繁衍的类型非常相似。这意味着这只是陆地污染。
然而，它们是真实存在的可能性：如果我们证明火星上有生命，地球将不再保持其作为宇宙生命中心的独特地位，尽管它是从微观原始生物到后来理解它们的智力的巨大飞跃。一些科学家吹捧这些陨石的“生命形式”是一个紧迫的理由来制定和加速一个重大的太空努力，以返回火星进行更详细的探索，这一点足以引起评论。
19-45: What would be the best proof of life on Mars? `ANSWER <answers.html#19-45>`__
而且，在火星探索中断了20年之后，对我们红色邻居的现场信息的探索又重新开始了。第一次是1993年，一艘价值10亿美元的宇宙飞船“火星观察者号”发射升空，可惜在途中失败了。1996年11月7日，火星全球勘测员在JPL的指导下进行了发射。宇宙飞船于1997年9月12日抵达轨道。1996年12月，探路者的任务正在进行中，着陆一辆能够观察当地地形并进行精密测量的漫游车。一种轨道航天器，其任务主要是1998年12月中旬发射的气候测量。
从400公里（249英里）的初始轨道高度开始，全球测量员使用了气制动技术，该技术包括通过与稀薄大气的空气摩擦（阻力）逐步减速，直到6个月后，航天器降至110公里（68英里）。从那时起，利用推进器维持这个高度，一项测绘任务从1998年3月下旬开始，至少要持续687个地球日。第二次下降计划于1999年进行。
全球勘测员拥有广角和窄角摄像机系统、火星轨道器激光高度计、测量大气热量和表面成分的热发射光谱仪、磁强计/电子反射计和其他两种仪器。在1997年10月初从高海拔拍摄的第一批地面图像中，有两幅是这次飞行任务的多视角的例子。
火星轨道飞行器照相机（MOC）的分辨率为3米（9.8英尺）。由于空气制动效应，随着轨道高度的降低，这种分辨率将随着时间的推移略有提高。下一个视图是在轨道下降到第一次主要科学测量所选的高度后拍摄的，显示了坦佩-马尔科蒂斯-福斯地区2公里长的细长火山口周围的地形细节。几乎接触到它的是一个圆形的陨石坑，可能是撞击的源头。这两个地貌周围的地表以可能由风作用形成的沙丘状小地貌为特征。
火星基岩的分层（可能是火山流）已在几个火星地点拍摄到。这是摩卡视图（7米分辨率）的烛光峡谷壁在瓦尔斯马里纳里斯，显示了不同的层次。
19-46: What can you say about the layering seen along the left facing cliff in the right center of the image? `ANSWER <answers.html#19-46>`__
激光测高仪（MOLA）绘制了火星地形图和剖面图。下一幅图是由大量轨道线生成的整个火星表面的平面投影图，每60公里（37英里）采集一次数据，得到2700万个数据点。垂直分辨率为13米（42英尺）。
南半球平均比年轻的北半球高5公里（3英里）。火星上的最大浮雕范围为30公里（19英里），大约是地球浮雕的1.5倍。
南半球红色的椭圆形蓝色区域是一个巨大的地形凹陷，宽2100公里（1300英里），深9公里（6英里），边缘宽1.5公里（1英里）。这是希腊盆地，迄今为止太阳系中最大的撞击坑。为了强调这种结构的大小：如果从中挖出的所有材料均匀地分布在48个美国大陆上，就会形成一层大约3.5公里（2英里）厚的碎片。
19-47: Compare the relief (difference in elevation) between Alba Patera and Olympus Mons. `ANSWER <answers.html#19-47>`__
全球测量员拍摄的最激动人心和最具信息性的场景之一是将北极冰盖的彩色视图与从一系列激光测高仪通道中获取的地形数据相结合，以生成这一三维视图：
|结合彩色图像和激光高度计数据创建的火星北极冰盖的彩色三维透视图。γ
冰的大小和数量（分光计确认主要是水冰）低于勘测前观测的预期。这座帽子大约有1200公里（746英里）长（大致呈圆形），厚达3公里（1.9英里）。冰的平均厚度为1公里（0.62英里），体积约为120万立方公里（288000立方英里），大约是地球上格陵兰冰盖的一半。冰盖的表面很光滑，但冰盖被大而深（高达1公里；3280英尺）的陡峭的峡谷和低谷切割，这些峡谷和低谷可能是由风吹扩大的裂缝和可能的融水造成的。位于北极的水量，以及现在位于南极的水量，似乎不足以在火星的部分地区形成海洋。相反，它可能是火星过去可能存在的任何海水的残余物。这种幸存的水与火星上类似河流的河道之间的任何关系仍然是推测性的。现在水可能分布广泛，但可能在地下。探测水是未来火星任务的目标之一。
在火星的这一小节中，以前曾显示过极地帽中的尘埃层。细节（25米分辨率）已被火星轨道器高分辨率照相机获取。南极冰盖有几层：
19-48: What causes the numerous indentations found in several of the dark layers? `ANSWER <answers.html#19-48>`__
19-49: Account for the area that shows the highest pyroxene content; why? `ANSWER <answers.html#19-49>`__
米格斯给火星上著名的“脸孔”洒上了新的光芒，这是第一次在维京人的图像中被发现，并被狂热者们抓住，他们认为这个红色星球上丢失的文明是一件雕刻在基岩上的艺术品（如狮身人面像）。左视图是维京人的图像；中心（MGS）视图显示了有几个小山峰的特征，部分原因是偶然的阴影突出了面部；右视图是中心视图的负片，再现了阴影。你自己判断一下这个功能到底是什么。
最近（1999年4月）一份全球测量人员的报告对火星地壳的一个方面产生了一阵兴奋，这可能是与板块构造概念中涉及的地壳活动部分相对应的一个方面，这是我们理解地球外层运行的基石，具体体现在“大陆漂移”的概念。全球勘测者磁强计在火星上挑选出一系列的磁条，这些磁条系统地逆转了它们的极性。因此：
这些火星带主要在南半球的老地形中发现。它们与极轴呈高角度运动。这意味着地壳是由岩浆从类似物涌出到将板块推向俯冲带的陆上洋脊形成的（火星上还没有发现这种特征，也没有山脉在这些区域上方发生变化）。这也意味着在火星早期有一个更强大的磁场；这意味着一个（部分）熔融的核心。这一新发现的全部意义尚未评估。
1996年12月4日，JPL的探路者号在1997年7月4日降落在早期维京1号地点附近的战神谷。由于火星和地球在其轨道上的排列更为合理，这一较短的过境时间（7个月）导致探路者的主要科学目的是释放小型的“旅居者”月球车，该车由地球通过着陆器的通信系统引导。月球车独立移动（从着陆器下坡道后）长达20米远，使用六个灵活的摇杆轮，拍摄照片，并将光谱仪带到岩石表面进行分析。
这辆微型车重11.5千克（25.4磅），测量如下：长度=630毫米（24.8英寸），宽度=480毫米（18.9英寸），高度=280毫米（11.0英寸）。利用太阳能电池板的能量，索约纳在火星日以40毫米/分钟（0.13英尺/分钟）的最大速度移动。它的前后轮独立移动以控制方向。这辆微型车使用了安装在其前部的立体摄像机，可以在其路径上对物体进行成像。每次出游都是间歇性的，因为地球上的操作人员决定了方向的变化，以到达目标岩石并避开障碍物。由于无线电和视频信号来回传输，这需要很长的时间。当它遇到小岩石时，轮子升起，滑过障碍物。
立体照相机系统用彩色滤光片拍摄着陆器周围的表面图像。Sojourner的相机也收集了图像（主要是岩石特写镜头）。接下来，我们将展示一个周围大部分遗址的全景蒙太奇，在其中我们识别（使用友好的名字，说一个人的触摸）它访问的一些岩石。
许多岩石在较新鲜的表面呈灰色。这些表面呈风化和麻点状，通常至少部分被灰尘覆盖。典型的大岩石是Yogi（如下图所示），它的一侧似乎有一个红色的尘埃层，与新岩石（右侧）有一个尖锐的边界。
|彩色探路者照片，显示在一块被访问的岩石旁的一辆旅居车，名为Yogi。|
微探测器上的主要仪器是α-质子-X射线光谱仪（APX）。该仪器使用高速α粒子轰击土壤或岩石表面。这些粒子产生α粒子、α质子粒子和X射线的后向散射，这些粒子的能量在探测器上测定，表明有大量的元素。因此，它可以定量地检测岩石中的元素，如Si、Al、Ca、Fe、Mg、K、Na、Ti、Mn、Cl、S、P、O和C。它可以以元素形式或氧化物形式报告这些元素。下面的图表是Barnacle Bill、Scooby Doo、Yogi和一些土壤站点中许多元素的柱状图。藤壶比尔的成分接近于早些时候在维京遗址确定的，但其他岩石和土壤是不同的。
下一张图（左下图）是探路者现场的铁/硅和钙/硅元素比值与某些地球岩石的对比图。火星岩石绝对不是玄武岩。它们分布在被称为安山岩的陆上火山岩组成区附近，但不在该区域内。当我们将探路者岩石的元素组成重新计算为岩石学家所称的标准岩石组成时，我们发现矿物学与安山岩相似（右）。
|显示探路者所在地的铁/硅和钙/硅元素比值与某些地球岩石相比的曲线图。显示探路者岩石的矿物学与安山岩相似。|
但是标准石英的存在（在我们分配所有其他SiO之后，剩余的SiO2 对其他氧化物），技术上使这种岩石类型为英安岩。安山岩和英安岩是从大陆火山中释放出来的常见火山岩，如沿着火圈（如太平洋海岸瀑布）的火山岩。这些岩石类型在火星上的存在，如果是其他地点的典型，说明这颗红色行星已经融化并分化，因此它的地壳至少有一部分是安山岩。保罗·洛曼（本教程第12节的作者）在十多年前就假定安山岩的原始地壳可能在地球历史早期形成，并且可能是其他内行星的标准。
19-50: Which rock should be darker: Barnacle Bill or Yogi? `ANSWER <answers.html#19-50>`__
登陆者已经在三个相距甚远的火星地点收集了成分数据（另外两个是维京人）。一般来说，这些地点的化学成分相似。这可能仅仅意味着火星的地壳是均匀的，但更可能的解释是火星的风环流在地球上分散和均匀的成分差异。探路者遗址的岩石和巨石分布进一步支持了早期的观点，即火星过去曾有相当大的水覆盖和由此产生的水流，导致了有时在地球上观察到的与洪水有关的模式。
下面我们展示的最后一张探路者图片是一张经典的日落照片，它是在稀薄、多尘的火星大气中拍摄的，在遥远的太阳周围产生了扇形的辉光。
到2005年，将向火星发射一系列10多个航天器。第一艘火星气候轨道飞行器于1998年12月11日发射升空，将于1999年9月23日抵达地球。继1999年1月3日之后，火星极地着陆器将于1999年12月3日抵达火星，着陆后，它将释放一个月球车和两个“微型探测器”，它们将穿透土壤达一米。未来五年将有一系列火星勘测员发射升空，以2005年的勘测员为高潮，他们将收集样本返回地球。所有这些都与美国最终将宇航员送上火星的决定有关，因为火星已经被这些探测器彻底探测过了。
表面布满了小的火山口，但有一个大的火山口，名叫斯蒂克尼，几乎要把它摧毁了。这个陨石坑与小行星带停留期间与较小物体碰撞的可能性是一致的。这些凹槽可能与这个陨石坑有关。
Deimos的弹坑更少，表面更光滑：
火星是地球上最外层的行星，在可预见的未来仍然是一个令人兴奋和多样化的地方（也许是人类）。在2010年之后的某个时候，美国国家航空航天局和许多科学界继续宣传火星载人任务的想法。与此同时，更多的轨道飞行器、探测器和着陆器将寻求额外的关键信息来支持这样的冒险。国际空间站目前正在建设中，计划于2002年完工，它将是人类探索红色星球的有利发射台。
19-51: Assuming enough fuel to get home, besides food what essential products would you need to bring with you if you go to Mars to explore for a week or so? `ANSWER <answers.html#19-51>`__