隨著科學(xué)革命的發(fā)展，科學(xué)家們意識(shí)到地球和其他行星繞著太陽(yáng)運(yùn)行。哥白尼、伽利略、開(kāi)普勒和牛頓的貢獻(xiàn)使得對(duì)于行星軌道的研究達(dá)到了數(shù)學(xué)精度。而隨后天王星、海王星、冥王星以及柯伊伯帶天體的發(fā)現(xiàn)，讓我們意識(shí)到太陽(yáng)系行星的軌道是多種多樣的。
圖解 : 柯伊伯帶天體—新視野號(hào)可能的研究目標(biāo)。（藝術(shù)家的概念圖）
說(shuō)到火星，它是離地球第二近的鄰居，經(jīng)常被稱為是地球的雙胞胎兄弟。它與地球有著很多相似之處，然而最大的不同在于運(yùn)轉(zhuǎn)軌道。火星不僅離太陽(yáng)更遠(yuǎn)，而且它的軌道更加橢圓，因而造成了溫度和天氣形態(tài)上很多非常有意思的不同之處。
圖解：火星與地球 來(lái)源：百度
近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)
火星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的平均距離為228萬(wàn)千米（141.67英里），也就是1.524個(gè)天文單位（略大于日地距離的1.5倍）。然而，火星還擁有太陽(yáng)系離心率第二大的橢圓軌道（0.0934），低于排名第一的水星（0.2563)。
這意味著火星與太陽(yáng)之間的距離隨著其處于近日點(diǎn)（最近點(diǎn)）和遠(yuǎn)日點(diǎn)（最遠(yuǎn)點(diǎn)）之間的位置而發(fā)生變化。簡(jiǎn)言之，在一個(gè)火星年周期里，火星與太陽(yáng)之間的距離處于近日點(diǎn)的206.7百萬(wàn)千米（128.437百萬(wàn)英里）和遠(yuǎn)日點(diǎn)的249.2百萬(wàn)千米（154.8456百萬(wàn)英里）之間，也就是1.38個(gè)天文單位和1.666個(gè)天文單位之間。
圖解：火星的真實(shí)色彩影像，2007年2月由羅塞塔號(hào)拍攝
說(shuō)到火星年，火星公轉(zhuǎn)的速度為24千米/秒，完成一個(gè)公轉(zhuǎn)周期的時(shí)間為687個(gè)地球日。這意味著，火星上的一年相當(dāng)于地球上的1.88年。考慮到一個(gè)火星日為24小時(shí)39分35秒，將火星年調(diào)整為668.5991地球日（仍有差不多兩倍長(zhǎng)）。
火星正處于一個(gè)離心率不斷增加的長(zhǎng)期過(guò)程中段。大約19000年以前，離心率達(dá)到最小值0.079, 將會(huì)在24000年后再次達(dá)到峰值0.105（處于1.3621天文單位的近日點(diǎn)）。而且，大約135萬(wàn)年前，公轉(zhuǎn)軌道接近圓形，將會(huì)在一百萬(wàn)年后再次變?yōu)閳A形。
傾斜角
與地球十分相似，火星也有一個(gè)顯著的傾斜角。事實(shí)上，與軌道平面25.19度的傾斜角度與地球本身的23.439度非常接近。這意味著火星和地球相似，從溫度方面來(lái)說(shuō)也經(jīng)歷著四季變化。火星表面的平均溫度比地球冷很多，不過(guò)變化方式是大致相同的。
圖解：火星的離心軌道以及傾斜角造就了鮮明的季節(jié)變化。來(lái)源和版權(quán)：大英百科全書;
總之，火星的平均溫度是零下46攝氏度（零下51華氏度），最低溫度為零下143攝氏度（零下225.4華氏度），出現(xiàn)在冬天的兩極；最高溫度為35攝氏度（95華氏度），出現(xiàn)在夏季正午時(shí)分的赤道。這意味著一年中的某個(gè)時(shí)間火星其實(shí)比地球上某個(gè)地方要暖和。
軌道和季節(jié)變化
火星溫度和季節(jié)的變化也和行星軌道的變化有關(guān)。根本上說(shuō)，火星的偏心軌道意味著當(dāng)它遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)，運(yùn)行速度慢很多，接近太陽(yáng)時(shí)，運(yùn)行速度更快（如開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)的三大定律所述）。
圖解：火星直徑約為地球的一半
火星處于遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，正是北半球的春季，這是火星上最長(zhǎng)的季節(jié)，持續(xù)大約7個(gè)地球月。夏季是第二長(zhǎng)的，持續(xù)6個(gè)地球月，秋季和冬季分別為5.3個(gè)月和4個(gè)月。南半球季節(jié)的長(zhǎng)度略有細(xì)微不同。
當(dāng)南半球處于夏季、北半球處于冬季時(shí)，火星靠近近日點(diǎn)；南半球是冬季、北半球是夏季時(shí)，火星靠近遠(yuǎn)日點(diǎn)。因此，南半球的季節(jié)變化更極端，北半球的則相對(duì)溫和。南半球夏季的溫度可以達(dá)到30開(kāi)爾文溫度（30攝氏度、54華氏度），比北半球相應(yīng)時(shí)間的溫度更高。
圖解：火星奧德賽探測(cè)器在2000年四月拍攝到的火星南極冰蓋。來(lái)源: NASA/JPL/MSSS
火星上也會(huì)下雪。2008年，鳳凰號(hào)探測(cè)器在火星南北極地區(qū)探測(cè)到了水冰。這個(gè)結(jié)果在意料之中，不過(guò)科學(xué)家們并沒(méi)有想到云下會(huì)下雪。雪和土壤化學(xué)實(shí)驗(yàn)使得科學(xué)家們相信，著陸點(diǎn)之前更濕潤(rùn)，溫度也更高。
接著，在2012年，火星軌道探測(cè)器獲取的數(shù)據(jù)顯示，火星南極地區(qū)發(fā)生了二氧化碳雪。幾十年來(lái)，科學(xué)家們已經(jīng)知道，干冰是火星季節(jié)循環(huán)的恒常部分，并存在于南極冰蓋中。但這是首次探測(cè)到二氧化碳雪的現(xiàn)象，也是目前已知太陽(yáng)系中唯一有這一現(xiàn)象天體。
圖解：南極仲夏的冰蓋（2000年）
而且最近由火星軌道探測(cè)器、火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、火星軌道任務(wù)（MOM)\、火星大氣與會(huì)發(fā)物演化（MAVEN)以及機(jī)遇號(hào)和好奇號(hào)火星車進(jìn)行的研究均揭露了關(guān)于火星過(guò)往的一些驚人事實(shí)。
首先，土壤樣本和軌道監(jiān)測(cè)已經(jīng)得出結(jié)論，大約37億年前，火星表面上的水比現(xiàn)在的大西洋還多。同樣地，對(duì)行星表面和太空的大氣研究表明，火星當(dāng)時(shí)的的大氣也更適合生物生存，只是慢慢地被太陽(yáng)風(fēng)抽離了。
圖解：科學(xué)家們通過(guò)測(cè)量目前火星水與半重水與與43億年前的比率，可以推算出誰(shuí)的流失率。來(lái)源: 凱文 .吉爾
氣候模式
氣候的多變使得火星上會(huì)出現(xiàn)一些極端天氣，其中最顯著的是火星上有太陽(yáng)系中最大的沙塵暴。這些沙塵暴最小的只在一小塊區(qū)域出現(xiàn)，最大的直徑可達(dá)到幾千公里，覆蓋整個(gè)星球并且將它掩蓋得看不見(jiàn)。沙塵暴在火星最靠近太陽(yáng)時(shí)出現(xiàn)，并且會(huì)使全球氣溫升高。
第一個(gè)關(guān)注到這一現(xiàn)象的研究任務(wù)是水手九號(hào)探測(cè)器，這也是1971年發(fā)射的火星第一顆人造衛(wèi)星，它發(fā)回的照片里顯示著一個(gè)沉浸在煙霧里的世界。整個(gè)行星被一個(gè)巨大的沙城爆覆蓋，只能看到高達(dá)24千米的奧林匹斯火山穿出云霄。這場(chǎng)風(fēng)暴持續(xù)了一整個(gè)月，使得水手九號(hào)拍攝火星細(xì)節(jié)的任務(wù)也推遲了。
圖解：由太空所見(jiàn)的火星稀薄且充滿塵埃的紅色大氣層。左下方是阿爾及爾平原。
接著在2001年6月9日，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到火星的希臘盆地發(fā)生了沙塵暴。七月，風(fēng)暴偃旗息鼓，然而接著再次成為25年以來(lái)最大的沙塵暴。沙塵暴的規(guī)模達(dá)到就算是地球上的業(yè)余天文愛(ài)好者用小型望遠(yuǎn)鏡也能看到它。云層使冰冷的火星大氣溫度上升到令人驚奇的30攝氏度。
這些沙塵暴在火星最接近太陽(yáng)時(shí)最有可能發(fā)生，是溫度上升和空氣及土壤變化的結(jié)果。由于土壤變干，更容易被溫度變高壓力變化而產(chǎn)生的氣流卷起。沙塵暴使溫度上升更快，從而給火星帶來(lái)溫室效應(yīng)。
圖解：火星上的沙塵暴 來(lái)源：NASA
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學(xué)名詞
3. 芊芊- universetoday
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