火星科学概论

迄2016年12月为止，人类已进行了45次火星探测活动。21世纪，人类将全面开展太阳系各层次天体与行星际空间的探测，而火星则是这些探测活动中主要的目标天体。美国、俄罗斯、日本、印度、欧洲空间局等国家或组织都已制订了各自的长远的火星探测计划，每26个月将发射2颗以上的火星探测器，多方面地开展对火星生命信息、环境、大气、岩石、水及内部构造等的探测与深入研究。中国也于2016年1月启动了火星探测计划，将于2020年前后发射火星探测器，逐步开展火星和太阳系的空间探测和研究。
欧阳自远、邹永廖主编的《火星科学概论》是一部系统论述火星的资历性科学专著，全书共16章，内容涵盖导言、火星概况、火星探测历程、火星磁场与磁层、火星电离层、火星大气层、火星地形地貌、火星化学、火星的岩石与矿物、火星土壤、火星陨石、火星地质、火星内部结构、火星生命信息、火星的形成与演化、火星探测的发展趋势与展望等，并附“火星地名表”和“火星探测年表”。
中国目前已具备自主开展火星探测的能力，将在探月计划的基础上，有计划地开展火星和太阳系的空间探测和研究。本书可为参与火星探测与深空探测工程的科技人员比较全面地了解火星提供基础性资料，为从事行星科学与火星研究的高校师生提供参考，为关注火星科学研究与火星探测进展的广大公众提供火星科学知识的系统论述。

欧阳自远，天体化学与地球化学家，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，靠前宇航科学院院士。1960年中国科学院地质研究所研究生毕业。现任中国科学院地球化学研究所研究员、国家天文台不错顾问。长期从事各类地外物质、月球科学、比较行星学和天体化学研究，取得一系列创新性成果，是我国天体化学学科的开创者。近20多年来，主要从事中国月球探测与太阳系探测的科学目标与载荷配置研究，是中国绕月探测工程的首席科学家，现为月球探测领导小组不错顾问。曾获国家科学大会奖、中科院及国家自然科学奖、国家科技进步奖特等奖、国防科技进步奖特等奖、全国优选工作者等奖项。在靠前外发表论文590多篇，撰写专著18部，主编著作21部。至今仍然在科研靠前线勤奋工作。
邹永廖，中国科学院国家天文台研究员，博士生导师，台长助理，中国科学院月球与深空探测重点实验室副主任，国家“863计划”空间探测专家，中国空间科学学会副理事长，曾担任探月工程地面应用系统副总指挥等职务。主要从事行星科学、中国月球与深空探测工程任务研制和管理等工作，发表学术论文近百篇，合作专著和科普图书共12部。曾获国家科技进步奖特等奖、国防科技进步奖特等奖、“探月工程突出贡献者”、全国五一劳动奖章、政府特殊津贴专家（自然科学类）等多个奖项。

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
10.6.1JSCMars-1/275
10.6.2MMS/275
10.6.3ES-X/276
10.6.4SaltenSkovⅠ/277
10.6.5JMSS-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
14.3.1ALH84001、Nakhla和Shergotty/393
14.3.2Tissint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
16.1.2ESA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