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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—1号”和“火卫—2号”45

3.6.2“火卫——士壤号”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-1275

10.6.2 MMS275

10.6.3 ES-X276

10.6.4 Salten Skov Ⅰ277

10.6.5 JMSS-1277

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

13.2.2火星内部磁场的基本理论355

13.2.3火星内部磁场的探测356

13.2.4火星内部磁场演化358

13.3火星内部物质组成359

13.3.1火星的壳—幔—核成分360

13.3.2火星的内部物质组成模型361

13.3.3火星内部的水和硫元素363

13.4火星热流与内部能量363

13.4.1火星热流的一些基本理论363

13.4.2火星热流的探索364

13.4.3火星热流演化的过程366

13.5火星内部结构模型367

13.5.1类地行星的内部结构模型研究方法368

13.5.2火星的内部结构模型368

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 ALH84001、Nakhla和Shergotty393

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