火星科学概论

第 1 章导言/ 1
第 2 章火星概况/ 5
2.1 认识火星/ 5
2.2 火星的基本参数/ 6
2.3 火星地质概况/ 8
2.4 人类的火星探测/ 9
2.5 火星上是否存在生命/ 10
2.6 火星的卫星/ 11
第 3 章火星探测历程/ 15
3.1 肉眼观测火星/ 15
3.1.1 古代中国记载中的火星/ 15
3.1.2 国外早期对火星的观测/ 16
3.2 天文望远镜观测火星/ 17
3.3 探测器飞越探测火星/ 20
3.3.1“马尔斯尼克”系列/ 20
3.3.2“斯普特尼克”系列/ 20
3.3.3“斯普特尼克23 号”/ 21
3.3.4“水手3 号”/ 21
3.3.5“水手4 号”/ 21
3.3.6“探测器2号”/ 22
3.3.7“探测器3 号”/ 22
3.3.8“水手6 号”和“水手7 号”/ 22
3.4 轨道器探测火星/ 23
3.4.1“火星1969A”和“火星1969B”/ 23
3.4.2“水手8 号”/ 23
3.4.3“水手9 号”/ 24
3.4.4“宇宙419 号”/ 24
3.4.5“火星4 号”/ 24
3.4.6“火星5 号”/ 25
3.4.7“火星观察者”/ 25
3.4.8“火星全球勘测者”/ 26
3.4.9“希望号”/ 26
3.4.10“火星气候轨道器”/ 26
3.4.11“火星奥德赛2001”/ 27
3.4.12“火星勘测轨道器”/ 28
3.4.13“曼加里安号”/ 30
3.4.14“火星大气与挥发物演化”/ 32
3.5 轨道器 着陆器探测火星/ 34
3.5.1“火星2号”/ 34
3.5.2“火星3 号”/ 35
3.5.3“火星6 号”/ 35
3.5.4“火星7 号”/ 36
3.5.5“海盗计划”/ 36
3.5.6 “火星94”/ 38
3.5.7“火星96”/ 38
3.5.8“火星快车”/ 39
3.5.9“凤凰号”/ 42
3.5.10“深空2号”/ 43
3.5.11“火星极地着陆器”/ 43
3.5.12“火星生命探测计划”/ 44
3.6 探测火星卫星/ 45
3.6.1“火卫一1 号”和“火卫一2号”/ 45
3.6.2 “火卫一—土壤号”和“萤火一号”/ 46
3.7 火星车巡视探测/ 46
3.7.1“火星探路者”/ 46
3.7.2“勇气号”和“机遇号”/ 47
3.7.3“好奇号”/ 48
第 4 章火星磁场与磁层/ 53
4.1 火星磁场探测/ 54
4.2 火星岩石圈磁场/ 56
4.2.1 火星岩石圈磁场空间分布/ 56
4.2.2 火星岩石圈磁场起源/ 56
4.2.3 火星岩石圈磁场模型/ 58
4.2.4 火星岩石圈磁场应用/ 59
4.3 火星发电机/ 60
4.3.1 火星发电机的必要条件/ 60
4.3.2 火星发电机的发展模式/ 61
4.3.3 火星发电机的发展进程/ 63
4.3.4 火星古磁场的长期变化现象/ 64
4.3.5 火星磁场起源的数值模拟/ 64
4.3.6 火星古磁场与古大气的关系/ 66
4.4 太阳风与火星的相互作用/ 66
4.4.1 火星弓激波和磁场堆积区/ 67
4.4.2 火星上的等离子体波动/ 69
4.4.3 火星粒子逃逸和极光现象/ 71
第 5 章火星电离层/ 79
5.1 火星上层电离层/ 79
5.1.1 上层电离层探测/ 79
5.1.2 上层电离层的电离源/ 84
5.1.3 上层电离层中的化学过程/ 87
5.1.4 电离层模型/ 88
5.2 火星上层电离层扰动/ 89
5.2.1 太阳耀斑与上层电离层扰动/ 90
5.2.2 日冕物质抛射对上层电离层的影响/ 91
5.2.3 太阳高能粒子事件对上层电离层的影响/ 93
5.2.4 极光电离层/ 95
5.2.5 扰动条件下的上层电离层模型/ 95
5.3 火星下层电离层/ 96
5.3.1“火星4 号”和“火星5 号”观测/ 97
5.3.2“火星全球勘测者”观测与流星层/ 98
5.3.3“火星快车”观测及流星层/ 100
5.3.4 流星离子的成分和化学反应/ 101
第 6 章火星大气层/ 109
6.1 火星大气层结构/ 109
6.2 火星大气化学/ 110
6.3 火星大气物理/ 111
6.4 火星大气运动与尘暴/ 112
6.5 火星气候/ 117
6.6 火星大气的演化/ 118
第 7 章火星地形地貌/ 125
7.1 火星地形/ 125
7.2 火星主要地貌类型/ 128
7.2.1 撞击坑和盆地/ 128
7.2.2 火山地貌/ 134
7.2.3 峡谷地貌/ 143
7.2.4 水流地貌/ 145
7.2.5 冰川地貌/ 149
7.2.6 风成地貌/ 150
第 8 章火星化学/ 155
8.1 火星壳的化学组成/ 155
8.1.1 轨道器探测/ 155
8.1.2 着陆器探测/ 161
8.1.3 火星陨石/ 170
8.1.4 火星壳的化学特征/ 173
8.2 火星幔和核的化学组成/ 179
8.2.1 玄武岩演化/ 179
8.2.2 火星幔的化学组成/ 180
8.2.3 火星核的化学组成/ 183
8.3 火星年代学/ 183
8.3.1 核幔壳分异时代/ 183
8.3.2 岩浆活动的时代/ 184
第 9 章火星的岩石与矿物/ 189
9.1 岩浆岩/ 189
9.1.1 全球分布（轨道探测）/ 191
9.1.2 岩石类型（巡视探测）/ 191
9.2 沉积岩/ 200
9.2.1 风成沉积岩（沉积韵律与气候变化周期）/ 200
9.2.2 水成沉积岩/ 203
9.3 表土角砾岩质陨石/ 206
9.4 火星的矿物/ 207
9.4.1 岩浆岩的主要造岩矿物/ 209
9.4.2 岩浆岩的副矿物/ 213
9.4.3 岩浆岩的含水矿物/ 213
9.4.4 冲击成因高压矿物/ 215
9.4.5 表生矿物/ 217
第 10 章火星土壤/ 237
10.1 探测概况/ 237
10.1.1“海盗1 号”/ 238
10.1.2“海盗2号”/ 239
10.1.3“火星探路者”/ 239
10.1.4“勇气号”/ 242
10.1.5“机遇号”/ 243
10.1.6“凤凰号”/ 243
10.1.7“好奇号”/ 243
10.2 火星土壤的类型与分布/ 248
10.3 火星土壤的基本性质/ 250
10.3.1 颗粒特征/ 250
10.3.2 化学成分/ 255
10.3.3 矿物组成/ 263
10.3.4 火星土壤的机械力学性质/ 265
10.3.5 磁性/ 268
10.4 火星尘埃/ 270
10.5 火星土壤的形成过程/ 272
10.6 模拟火星土壤/ 273
10.6.1 JSC Mars-1 / 275
10.6.2 MMS / 275
10.6.3 ES-X / 276
10.6.4 Salten Skov Ⅰ / 277
10.6.5 JMSS-1 / 277
第 11 章火星陨石/ 285
11.1 火星陨石概述/ 285
11.1.1 降落型火星陨石/ 285
11.1.2 发现型火星陨石/ 286
11.2 火星陨石来源的证据/ 286
11.3 火星陨石的岩石类型/ 289
11.3.1 辉玻质无球粒火星陨石/ 290
11.3.2 辉橄质无球粒火星陨石/ 297
11.3.3 纯橄质无球粒火星陨石/ 298
11.3.4 斜方辉岩质火星陨石/ 299
11.3.5 火星表土角砾岩/ 299
11.4 火星陨石的年龄/ 300
11.4.1 火星陨石的结晶年龄/ 301
11.4.2 溅射年龄/ 303
11.4.3 宇宙线暴露年龄/ 304
11.4.4 居地年龄/ 305
第 12 章火星地质/ 309
12.1 火星地质总体特征/ 309
12.2 火星外动力地质作用/ 310
12.2.1 撞击作用/ 310
12.2.2 风的地质作用/ 315
12.2.3 流水的地质作用/ 319
12.2.4 极地冰川作用/ 324
12.3 火星内动力地质作用/ 328
12.3.1 火山作用/ 328
12.3.2 构造作用/ 331
12.3.3 变质作用/ 337
12.4 火星地质演化/ 343
第 13 章火星内部结构/ 349
13.1 火星重力场与内部结构/ 349
13.1.1 火星的重力场模型/ 349
13.1.2 火星壳厚度模型/ 351
13.1.3 火星的岩石层（圈）/ 351
13.2 火星内部磁场/ 353
13.2.1 火星磁场/ 353
第 14 章火星生命信息/ 375
14.1 火星生命的提出/ 375
14.1.1 火星生命探测历程/ 380
14.1.2 与生命有关的要素/ 381
14.1.3 能否改造火星和人类移民火星/ 382
14.2 火星生命探测的重大事件/ 383
14.2.1“海盗号”/ 383
14.2.2“凤凰号”/ 385
14.2.3“火星快车”/ 385
14.2.4“好奇号”/ 389
14.2.5“火星2020”/ 392
14.3 火星陨石提供的生命信息/ 393
14.3.1 ALH 84001、Nakhla和Shergotty / 393
14.3.2 Tissint 陨石中发现有机碳/ 399
14.3.3 火星2 亿年前左右还存在地下水的活动/ 401
14.3.4 火星陨石的未来用途/ 403
14.4 未来探寻火星生命的两个方向/ 403
第 15 章火星的形成与演化/ 407
15.1 火星的形成与初始物质组成/ 408
15.2 火星的核—幔分异/ 410
15.3 后增生吸积/ 411
15.4 岩浆洋结晶与壳—幔分异/ 412
15.5 火星南北二元结构的起源/ 413
15.6 发电机与磁场/ 414
15.7 火星壳的岩石学模型/ 416
15.8 火星幔的地球化学模型/ 418
15.9 早期岩石圈演化/ 419
15.10 火星表生环境的演化/ 420
第 16 章火星探测的发展趋势与展望/ 429
16.1 国际火星探测发展态势/ 429
16.1.1 美国的火星之旅/ 429
16.1.2 ESA 的火星探索战略/ 432
16.1.3 俄罗斯的火星探测计划/ 434
16.1.4 日本的火星探测规划/ 436
16.1.5 印度的火星探测之路/ 437
16.2 未来火星探测的科学焦点/ 437
16.2.1 火星表面与空间环境/ 437
16.2.2 火星地形地貌与地质构造/ 438
16.2.3 火星的物质成分/ 439
16.2.4 火星的火山活动和内部结构/ 439
16.2.5 火星的水体与可能的生命信息/ 440
16.3 中国的火星探测工程/ 440
16.3.1 我国未来火星探测发展设想/ 440
16.3.2 我国首次火星探测任务的科学目标/ 441
附录1 火星地名表/ 443
附录2 火星探测年表/ 495
后记/ 507