遥感教程第19-11页¶
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研究了火星的一般地形（地貌类型）。有些类型在地球上没有很好的对应。但是，尽管火星的大气层很薄，高速风会搅动松散的地表物质，产生沙尘暴和风积物，如沙丘。火星极地冰盖既有传统的特征，也有不寻常的特征，包括分层和崩塌结构。
火星大气；两极的冰
在看一些更具代表性的图片之前，我们为火星建立了一个地质框架：这颗行星距离太阳四分之一，略大于地球直径的一半，位于6793公里（4218英里），大约是月球直径的两倍，质量约为月球质量的1/10。火星的低密度意味着一个小的金属核心，现在是固体，因为缺乏一个独特的磁场。它每24小时37分钟旋转一次（地球时间）。它的表面温度在-140°C到20°C之间。从地球上的望远镜观测来看，我们怀疑火星表面有氧化的富含铁的物质，受到沙尘暴的影响，两极的冰帽在火星一年（687个地球日）内交替膨胀和收缩。）风暴意味着至少有一个薄的气体包层（约125公里）。光谱测量显示CO2 也许是氮气。水手/维京人的任务极大地改变了我们对火星景观的概念。考虑两个火星赤道半球的广义地形图，这两个半球是根据任务结果在兰伯特等面积投影上绘制的，如下所示：
|位于两个半球的火星广义地形图。字母解释见正文。左边的地图有奥林匹斯·蒙斯和瓦尔斯·马里纳里斯两个著名的地标；右边的地图在南部有希腊盆地。|
出自T.A.Mutch等人，《火星地质》，1976年。经新泽西州普林斯顿大学出版社许可转载。
较低的极地半球包含了被认为有数十亿年历史的陨石坑地形（以及南极洲发现的3.5年前含有有机物的陨石的可能来源），在那里大部分较大的撞击结构得以生存。上半球的大部分地区都有平原地区。（ p ）许多被认为是火山流（ pv ）（主要是玄武岩？）火山构造（ v ）（如盾形火山），其中一些年龄可能不到15亿年。其他分区包括板条箱平原（ pc ）以及中度坑化的平原（ pm ）不寻常的或专门的单位由河道沉积物组成。（ c ）沟槽地形（ g ）多节丘状地形（ hk ）磨损的丘状地形（ hf ）混乱的丘状地形（ hc ）和山区地形（ m ）限制在极地的单位是：永久冰（ pi ）层状矿床（ id ）（被认为是一层被风吹起的灰尘，夹杂着冰）和蚀刻的平原（ ep ）与金星一样，没有板块构造的结构迹象。
这些类别中的许多特征也是地标和地貌省份。在左半球，连续三座火山 [top] Pavonis Mons [中心] 和Arsia Mons [底部] ）位于塔尔西斯-蒙特山脉群中，左上方的两个大型火山是奥林巴斯-蒙斯（太阳系中最大的火山）和阿尔巴-帕特拉（火山口覆盖的火山）。长而弯曲的特点（ c ）在左半球的赤道附近是大峡谷，比大峡谷长很多倍，深很多，有相关的峡谷或支流峡谷。在右半球，大面积（ p ）在南部的一半是赫拉斯普兰提亚，火星上最大的撞击盆地的所在地，切入古老的地形，用熔岩回填。
19-36: The Tharsis region shield volcanoes are huge by Earth standards. What single volcanic structure on Earth comes closest to these in size and morphology? `ANSWER <Sect19_answers.html#19-36>`__
任务证实火星大气中含有95.3%的一氧化碳。2 ，其余大部分为n2 （2.7%）、氩（1.6%）和小O2 ，一氧化碳和足够的水，如果凝结，以填充一个普通的游泳池。大气压力平均为7毫巴，约占地球气压的0.7%，但在这个薄壳内的风暴可以达到200公里/小时（124英里/小时）以上的速度。水冰云在季节中相当常见，特别是在两极附近。这幅维京号轨道飞行器的图片显示了火星边缘上方的云层，也许还有陆地上空的云层。
轨道飞行器图像；也可能在陆地上空。|
钱德拉X射线望远镜监测到的X射线辐射证实了少量氧气的存在。o 2 被伴随太阳风的X射线激发。钱德拉的图像显示，数量似乎有所不同：
水手10号和维京号轨道飞行器都收集了许多显示大气循环各个方面的图像，例如火星北极地区上空螺旋状云的图像；也注意到明亮的冰块。
火星大气通常是雾蒙蒙的，这是由悬浮的尘埃和可能的一些水凝结物造成的。与地球的蓝天不同，从火星表面往上看的人会看到它的天空从灰黄色到红色，这取决于火星日的时间。尽管维京登陆车给出了一些关于这些颜色的指示，但下一张照片，从火星探路者的照相机向上看向天空，是日出附近色彩的一个很好的再现；云是地球上已知的卷云类型。
火星现在已知 不是死了 作为一个行星。正如我们将看到的，可能有活跃的水输送，冰盖的形成，以及可能的火山爆发。当然，从先前的图像中可以明显看出，其稀薄的大气层非常活跃，快速移动的风在沙丘和其他风成地貌中捕捉并重新定位表面颗粒。这是一个“坦诚的摄像机”图像，在地球上被称为尘暴-龙卷风一样的风漩涡，收集表面的细颗粒，创造一个管状或薄漏斗形云扫过表面。这张火星轨道飞行器照相机（MOC；见第19-13页）的图像显示了尘埃魔鬼（实际上在移动；在左端）从壁上移除物质时沿着火山口壁留下的一条薄薄的黑色痕迹：
在火星表面的某些地方，成群地发现了一些很薄的深色斑纹，这些斑纹现在已经被确认为是由无数的尘暴冲刷松散的表层物质而形成的痕迹。以下是一个引人注目的例子：
作为火星在气象上活跃的进一步证据，一场沙尘暴在发生的过程中被捕获：
当这些区域性的沙尘暴形成足够多的时候，它们就会合并，有时会覆盖整个地球好几个月。
超过一半的行星被广泛的沙尘暴吞没，沙尘暴始于2001年7月，9月开始减弱。对比这些“之前”和“之后”哈勃最小和最大尘埃覆盖率的图像；注意左边图像中的表面特征是如何被右侧图像中常见的、接近全球的尘埃扩散到大气中所掩盖的。
利用哈勃望远镜上的热发射光谱仪，2001年6月至8月拍摄的一系列图像显示了火星大气中尘埃密度的变化。
火星的尘埃和沙粒经常以风的条纹散开。
尽管当今火星大气密度很低，但它的高速风会造成侵蚀性的雕刻，并能将扬起的灰尘和沙子沉积到广阔的沙丘地带。下面的维京轨道飞行器图像包含横向（拉长或平行）和新月形沙丘，这些沙丘位于平原上。
第二张图片显示了左侧平行沙丘和右侧的Barchan沙丘。
` <>`__19-37: Why is it rather surprising that dunes with types similar to those on Earth are so widespread on Mars (hint: consider the atmosphere)? `ANSWER <Sect19_answers.html#19-37>`__
火星全球勘测员（MGS；MOC）对沙丘进行了更为引人注目的特写拍摄（见 page 19-13 ）与地球上发现的沙丘非常相似的新月形沙丘也在火星上发育，如图所示：
这种类型的变种导致沙丘接近粗糙的圆形。
下一张是关于Barchan沙丘的MOC特写图：
火星沙丘有多种形式。MOC图像显示沙丘具有宽缓的斜坡和陡峭、参差不齐的前脸：
类似的沙丘，形状奇特，在下一张北极地区的图片中很明显。在季节性霜冻蒸发后（在火星的夏季），深色的沙丘（可能有很高比例的玄武岩状尘埃和颗粒）现在暴露在外，但由于永久冻土和/或冰更轻（更具反射性），所以显得格外突出。
这张图片显示了单个沙丘如此紧密地堆积，以至于没有齿间空间。这种密度在地球上是罕见的。磁场在南极附近发展起来。
另一个与陆地相似的特征是雅丹（见第17-5页），它是由风铲出软材料并在中间留下山脊形成的。以下是火星版本：
底线：目前几乎所有的火星都覆盖着一层薄到厚的尘埃层。这通常会掩盖较小的表面特征。这是一个光滑的灰尘覆盖覆盖在表面的一个莫科视图在帕维尼蒙斯。
现在转向在北极和南极地区持续或积聚/消散的冰冻物质。极冠的主要表面成分是一氧化碳。2 但是，大量的水似乎被锁定在了盖子本身的地下浓度（见第19-13页）。下一张图显示了火星冬季，南极冰盖（顶部）和北极冰盖（底部）（可能含有更多的水）接近其最大生长阶段。这个冬天每685个地球日在每极重现一次。在大约一半的时间里，当夏季变暖使冻结的气体蒸发时，单极的极地冰会收缩，可能会使下面的水升华，而另一极则经历了冰的凝结和生长：
与冰盖相关的分层，可能代表了季节性尘埃沉积（见下文），在北半球顶部的区域倾斜视图中更加明显：
|北极冰盖内的北半球层。γ
两个冰盖的大小在冬季到夏季的过渡期间发生了相当大的变化。这组由哈勃太空望远镜（HST）拍摄的三幅图像说明了从1996年末到1997年初在6个地球月期间北极区域覆盖的变化：
几十年来的观测加强了这样一个事实，即冰层在北极地区的分布更广，而且持续时间更长，但在暖化季节的收缩更大。南半球的高海拔可能是造成这种差异的原因，因为在这些高度处温度较低。以下是生长/收缩阶段北极盖的最大和最小范围图：
利用MGS上的激光测高仪（MOLA）在两极区域测量了极帽厚度随时间的变化（由米的高程差确定），结果如下：
冰帽的表面在升华和收缩过程中显示出明显的变化，如这张南极部分冰的MOC图像所示：
在早期拍摄火星上这一区域的任务照片中，人们发现了极地帽上的尘埃层。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：
仔细观察极冠的两侧，可以看到明显的交替光带（冰）和暗带（尘埃），如这两张南极帽的照片所示：
下面是火星北极冰层中的带状物：
下一个带状图像可能是虚幻的。
` <>`__19-38: Try to devise an explanation for these layers in this last image. `ANSWER <Sect19_answers.html#19-38>`__
火星全球探测器一直在更仔细地观察两极。在极地冰盖周围的边缘，黑点在火星一年中出现并消失。在这张图片中，这些斑点出现在沙丘的中间。目前还不清楚水冰和/或二氧化碳霜涂层是否和多少参与了产生斑点的持续蒸发，这可能是沙丘物质的穿透。
在下一幅图像中，霜冻蒸发的过程更为先进，在这幅图像中，白色涂层的去除使下面的黑色沙丘砂暴露出来。
有趣的结构和模式是在CO上发展起来的。2 冰。研究人员挑选了一些古雅的描述性名称来描述表面的特征。在下面的两张图片中，顶部让他们想起了“瑞士奶酪”，而底部看起来像“厨房海绵”。
每极的大部分冰可能以颗粒的形式存在，很像沙子。由于极地冰在影响两极的蒸发/沉积循环过程中发生了变化，强风能够将这些颗粒移动到类似barchan的沙丘中，如北极冰盖表面的这张图片所示：
在地球上，冰盖上丰富的一个特征是一组相交的裂缝，它们产生所谓的“多边形”冰。在火星极地地区也观察到了这种现象，那里是一种模式化的地面。它通常在极地变暖使碳冰涂层升华后出现。下面是一个来自南极冰盖的例子。
在下一张图片中，火星全球探测器在南极附近看到了一个奇怪的特征。一些圆顶状（几乎是圆形）结构出现在与侵蚀地形相似的地方（例如 page 19-13 ）这些穹顶有陡峭狭窄的外坡和宽阔的环形内部。虽然暗示火山构造，但其起源尚不清楚。
最后，除了其他极地地貌的奇特之处外，还有一组在北极帽中发现的笔直、等宽的槽：
为了给人留下只有在火星高纬度地区才能找到冰的印象，让我们在这一页的结尾（但在第19-13页中有详细的论述），说现在有强有力的证据表明火星表面下存在水冰（类似于阿拉斯加和西伯利亚的永久冻土），奥沃。地球的大部分。但是，由于覆盖着灰尘和岩石碎片，在这些广袤地区的图像中是看不见的。
主要作者：Nicholas M.Short，高级电子邮件： nmshort@nationi.net