火星科學(xué)概論

第 1 章導(dǎo)言/ 1 第 2 章火星概況/ 5 2.1 認(rèn)識(shí)火星/ 5 2.2 火星的基本參數(shù)/ 6 2.3 火星地質(zhì)概況/ 8 2.4 人類的火星探測(cè)/ 9 2.5 火星上是否存在生命/ 10 2.6 火星的衛(wèi)星/ 11 第 3 章火星探測(cè)歷程/ 15 3.1 肉眼觀測(cè)火星/ 15 3.1.1 古代中國(guó)記載中的火星/ 15 3.1.2 國(guó)外早期對(duì)火星的觀測(cè)/ 16 3.2 天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)火星/ 17 3.3 探測(cè)器飛越探測(cè)火星/ 20 3.3.1“馬爾斯尼克”系列/ 20 3.3.2“斯普特尼克”系列/ 20 3.3.3“斯普特尼克23 號(hào)”/ 21 3.3.4“水手3 號(hào)”/ 21 3.3.5“水手4 號(hào)”/ 21 3.3.6“探測(cè)器2號(hào)”/ 22 3.3.7“探測(cè)器3 號(hào)”/ 22 3.3.8“水手6 號(hào)”和“水手7 號(hào)”/ 22 3.4 軌道器探測(cè)火星/ 23 3.4.1“火星1969A”和“火星1969B”/ 23 3.4.2“水手8 號(hào)”/ 23 3.4.3“水手9 號(hào)”/ 24 3.4.4“宇宙419 號(hào)”/ 24 3.4.5“火星4 號(hào)”/ 24 3.4.6“火星5 號(hào)”/ 25 3.4.7“火星觀察者”/ 25 3.4.8“火星全球勘測(cè)者”/ 26 3.4.9“希望號(hào)”/ 26 3.4.10“火星氣候軌道器”/ 26 3.4.11“火星奧德賽2001”/ 27 3.4.12“火星勘測(cè)軌道器”/ 28 3.4.13“曼加里安號(hào)”/ 30 3.4.14“火星大氣與揮發(fā)物演化”/ 32 3.5 軌道器+著陸器探測(cè)火星/ 34 3.5.1“火星2號(hào)”/ 34 3.5.2“火星3 號(hào)”/ 35 3.5.3“火星6 號(hào)”/ 35 3.5.4“火星7 號(hào)”/ 36 3.5.5“海盜計(jì)劃”/ 36 3.5.6 “火星94”/ 38 3.5.7“火星96”/ 38 3.5.8“火星快車(chē)”/ 39 3.5.9“鳳凰號(hào)”/ 42 3.5.10“深空2號(hào)”/ 43 3.5.11“火星極地著陸器”/ 43 3.5.12“火星生命探測(cè)計(jì)劃”/ 44 3.6 探測(cè)火星衛(wèi)星/ 45 3.6.1“火衛(wèi)一1 號(hào)”和“火衛(wèi)一2號(hào)”/ 45 3.6.2 “火衛(wèi)一—土壤號(hào)”和“螢火一號(hào)”/ 46 3.7 火星車(chē)巡視探測(cè)/ 46 3.7.1“火星探路者”/ 46 3.7.2“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”/ 47 3.7.3“好奇號(hào)”/ 48 第 4 章火星磁場(chǎng)與磁層/ 53 4.1 火星磁場(chǎng)探測(cè)/ 54 4.2 火星巖石圈磁場(chǎng)/ 56 4.2.1 火星巖石圈磁場(chǎng)空間分布/ 56 4.2.2 火星巖石圈磁場(chǎng)起源/ 56 4.2.3 火星巖石圈磁場(chǎng)模型/ 58 4.2.4 火星巖石圈磁場(chǎng)應(yīng)用/ 59 4.3 火星發(fā)電機(jī)/ 60 4.3.1 火星發(fā)電機(jī)的必要條件/ 60 4.3.2 火星發(fā)電機(jī)的發(fā)展模式/ 61 4.3.3 火星發(fā)電機(jī)的發(fā)展進(jìn)程/ 63 4.3.4 火星古磁場(chǎng)的長(zhǎng)期變化現(xiàn)象/ 64 4.3.5 火星磁場(chǎng)起源的數(shù)值模擬/ 64 4.3.6 火星古磁場(chǎng)與古大氣的關(guān)系/ 66 4.4 太陽(yáng)風(fēng)與火星的相互作用/ 66 4.4.1 火星弓激波和磁場(chǎng)堆積區(qū)/ 67 4.4.2 火星上的等離子體波動(dòng)/ 69 4.4.3 火星粒子逃逸和極光現(xiàn)象/ 71 第 5 章火星電離層/ 79 5.1 火星上層電離層/ 79 5.1.1 上層電離層探測(cè)/ 79 5.1.2 上層電離層的電離源/ 84 5.1.3 上層電離層中的化學(xué)過(guò)程/ 87 5.1.4 電離層模型/ 88 5.2 火星上層電離層擾動(dòng)/ 89 5.2.1 太陽(yáng)耀斑與上層電離層擾動(dòng)/ 90 5.2.2 日冕物質(zhì)拋射對(duì)上層電離層的影響/ 91 5.2.3 太陽(yáng)高能粒子事件對(duì)上層電離層的影響/ 93 5.2.4 極光電離層/ 95 5.2.5 擾動(dòng)條件下的上層電離層模型/ 95 5.3 火星下層電離層/ 96 5.3.1“火星4 號(hào)”和“火星5 號(hào)”觀測(cè)/ 97 5.3.2“火星全球勘測(cè)者”觀測(cè)與流星層/ 98 5.3.3“火星快車(chē)”觀測(cè)及流星層/ 100 5.3.4 流星離子的成分和化學(xué)反應(yīng)/ 101 第 6 章火星大氣層/ 109 6.1 火星大氣層結(jié)構(gòu)/ 109 6.2 火星大氣化學(xué)/ 110 6.3 火星大氣物理/ 111 6.4 火星大氣運(yùn)動(dòng)與塵暴/ 112 6.5 火星氣候/ 117 6.6 火星大氣的演化/ 118 第 7 章火星地形地貌/ 125 7.1 火星地形/ 125 7.2 火星主要地貌類型/ 128 7.2.1 撞擊坑和盆地/ 128 7.2.2 火山地貌/ 134 7.2.3 峽谷地貌/ 143 7.2.4 水流地貌/ 145 7.2.5 冰川地貌/ 149 7.2.6 風(fēng)成地貌/ 150 第 8 章火星化學(xué)/ 155 8.1 火星殼的化學(xué)組成/ 155 8.1.1 軌道器探測(cè)/ 155 8.1.2 著陸器探測(cè)/ 161 8.1.3 火星隕石/ 170 8.1.4 火星殼的化學(xué)特征/ 173 8.2 火星幔和核的化學(xué)組成/ 179 8.2.1 玄武巖演化/ 179 8.2.2 火星幔的化學(xué)組成/ 180 8.2.3 火星核的化學(xué)組成/ 183 8.3 火星年代學(xué)/ 183 8.3.1 核幔殼分異時(shí)代/ 183 8.3.2 巖漿活動(dòng)的時(shí)代/ 184 第 9 章火星的巖石與礦物/ 189 9.1 巖漿巖/ 189 9.1.1 全球分布（軌道探測(cè)）/ 191 9.1.2 巖石類型（巡視探測(cè)）/ 191 9.2 沉積巖/ 200 9.2.1 風(fēng)成沉積巖（沉積韻律與氣候變化周期）/ 200 9.2.2 水成沉積巖/ 203 9.3 表土角礫巖質(zhì)隕石/ 206 9.4 火星的礦物/ 207 9.4.1 巖漿巖的主要造巖礦物/ 209 9.4.2 巖漿巖的副礦物/ 213 9.4.3 巖漿巖的含水礦物/ 213 9.4.4 沖擊成因高壓礦物/ 215 9.4.5 表生礦物/ 217 第 10 章火星土壤/ 237 10.1 探測(cè)概況/ 237 10.1.1“海盜1 號(hào)”/ 238 10.1.2“海盜2號(hào)”/ 239 10.1.3“火星探路者”/ 239 10.1.4“勇氣號(hào)”/ 242 10.1.5“機(jī)遇號(hào)”/ 243 10.1.6“鳳凰號(hào)”/ 243 10.1.7“好奇號(hào)”/ 243 10.2 火星土壤的類型與分布/ 248 10.3 火星土壤的基本性質(zhì)/ 250 10.3.1 顆粒特征/ 250 10.3.2 化學(xué)成分/ 255 10.3.3 礦物組成/ 263 10.3.4 火星土壤的機(jī)械力學(xué)性質(zhì)/ 265 10.3.5 磁性/ 268 10.4 火星塵埃/ 270 10.5 火星土壤的形成過(guò)程/ 272 10.6 模擬火星土壤/ 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 章火星隕石/ 285 11.1 火星隕石概述/ 285 11.1.1 降落型火星隕石/ 285 11.1.2 發(fā)現(xiàn)型火星隕石/ 286 11.2 火星隕石來(lái)源的證據(jù)/ 286 11.3 火星隕石的巖石類型/ 289 11.3.1 輝玻質(zhì)無(wú)球?；鹦请E石/ 290 11.3.2 輝橄質(zhì)無(wú)球粒火星隕石/ 297 11.3.3 純橄質(zhì)無(wú)球?；鹦请E石/ 298 11.3.4 斜方輝巖質(zhì)火星隕石/ 299 11.3.5 火星表土角礫巖/ 299 11.4 火星隕石的年齡/ 300 11.4.1 火星隕石的結(jié)晶年齡/ 301 11.4.2 濺射年齡/ 303 11.4.3 宇宙線暴露年齡/ 304 11.4.4 居地年齡/ 305 第 12 章火星地質(zhì)/ 309 12.1 火星地質(zhì)總體特征/ 309 12.2 火星外動(dòng)力地質(zhì)作用/ 310 12.2.1 撞擊作用/ 310 12.2.2 風(fēng)的地質(zhì)作用/ 315 12.2.3 流水的地質(zhì)作用/ 319 12.2.4 極地冰川作用/ 324 12.3 火星內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用/ 328 12.3.1 火山作用/ 328 12.3.2 構(gòu)造作用/ 331 12.3.3 變質(zhì)作用/ 337 12.4 火星地質(zhì)演化/ 343 第 13 章火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)/ 349 13.1 火星重力場(chǎng)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)/ 349 13.1.1 火星的重力場(chǎng)模型/ 349 13.1.2 火星殼厚度模型/ 351 13.1.3 火星的巖石層（圈）/ 351 13.2 火星內(nèi)部磁場(chǎng)/ 353 13.2.1 火星磁場(chǎng)/ 353 第 14 章火星生命信息/ 375 14.1 火星生命的提出/ 375 14.1.1 火星生命探測(cè)歷程/ 380 14.1.2 與生命有關(guān)的要素/ 381 14.1.3 能否改造火星和人類移民火星/ 382 14.2 火星生命探測(cè)的重大事件/ 383 14.2.1“海盜號(hào)”/ 383 14.2.2“鳳凰號(hào)”/ 385 14.2.3“火星快車(chē)”/ 385 14.2.4“好奇號(hào)”/ 389 14.2.5“火星2020”/ 392 14.3 火星隕石提供的生命信息/ 393 14.3.1 ALH 84001、Nakhla和Shergotty / 393 14.3.2 Tissint 隕石中發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳/ 399 14.3.3 火星2 億年前左右還存在地下水的活動(dòng)/ 401 14.3.4 火星隕石的未來(lái)用途/ 403 14.4 未來(lái)探尋火星生命的兩個(gè)方向/ 403 第 15 章火星的形成與演化/ 407 15.1 火星的形成與初始物質(zhì)組成/ 408 15.2 火星的核—幔分異/ 410 15.3 后增生吸積/ 411 15.4 巖漿洋結(jié)晶與殼—幔分異/ 412 15.5 火星南北二元結(jié)構(gòu)的起源/ 413 15.6 發(fā)電機(jī)與磁場(chǎng)/ 414 15.7 火星殼的巖石學(xué)模型/ 416 15.8 火星幔的地球化學(xué)模型/ 418 15.9 早期巖石圈演化/ 419 15.10 火星表生環(huán)境的演化/ 420 第 16 章火星探測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)與展望/ 429 16.1 國(guó)際火星探測(cè)發(fā)展態(tài)勢(shì)/ 429 16.1.1 美國(guó)的火星之旅/ 429 16.1.2 ESA 的火星探索戰(zhàn)略/ 432 16.1.3 俄羅斯的火星探測(cè)計(jì)劃/ 434 16.1.4 日本的火星探測(cè)規(guī)劃/ 436 16.1.5 印度的火星探測(cè)之路/ 437 16.2 未來(lái)火星探測(cè)的科學(xué)焦點(diǎn)/ 437 16.2.1 火星表面與空間環(huán)境/ 437 16.2.2 火星地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造/ 438 16.2.3 火星的物質(zhì)成分/ 439 16.2.4 火星的火山活動(dòng)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)/ 439 16.2.5 火星的水體與可能的生命信息/ 440 16.3 中國(guó)的火星探測(cè)工程/ 440 16.3.1 我國(guó)未來(lái)火星探測(cè)發(fā)展設(shè)想/ 440 16.3.2 我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)/ 441 附錄1 火星地名表/ 443 附錄2 火星探測(cè)年表/ 495 后記/ 507