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第1章 绪论：通往火星的远征 1

第2章 火星概述 5

2.1火星主要物理参数 5

2.2日冕及其对火星空间环境的影响 6

2.3火星空间的太阳风 9

2.4火星磁场 10

2.5火星的电离层 14

2.6火星大气层 14

2.7火星极冠与水 18

2.8火星地形地貌 19

2.8.1火星上风的力学特征 20

2.8.2风的蚀痕 20

2.8.3沙丘 20

2.8.4风蚀表面 20

2.8.5撞击作用形貌 21

2.8.6火山作用形貌 23

2.9火星上的水 25

2.9.1溢流河道 25

2.9.2洪水与沟渠 26

2.9.3两极的冰盖 27

2.10火星表面的物质成分 28

2.11火星的大地构造和内部结构 28

2.12火星上是否存在或曾经存在过生命物质 29

第3章火星探测历程 33

3.1火星的天文观测 33

3.1.1古代中国记载中的火星 35

3.1.2国外早期对火星的观测 38

3.2早期的火星探测历程 41

3.2.1“马尔斯尼克”系列 41

3.2.2“人造卫星”系列 42

3.2.3“火星”系列 49

3.2.4“探测器”系列 50

3.2.5“水手”系列 30

3.2.6“火星1969-A”和“火星1969-B” 55

3.2.7“宇宙419号” 55

3.2.8“海盗计划” 56

3.2.9“火卫—1号”和“火卫—2号” 60

3.3新的火星探测 61

3.3.1“火星观察者” 61

3.3.2“火星94号” 62

3.3.3“火星96号” 63

3.3.4“火星全球勘测者” 64

3.3.5“火星探路者” 65

3.3.6“希望号” 65

3.3.7“火星气候轨道器” 67

3.3.8“深空2号” 68

3.3.9“火星极地着陆器” 70

3.3.10“火星奥德赛” 74

3.3.11“火星快车” 80

3.3.12“勇气号”和“机遇号” 89

3.3.13“火星勘测轨道器” 98

3.3.14“凤凰号” 104

3.3.15“火卫———土壤”和“萤火一号” 109

3.3.16“好奇号” 110

3.3.17“曼加里安号” 121

3.3.18“火星大气与挥发物演化” 125

第4章火星磁场与磁层 131

4.1火星磁场探测 132

4.2火星岩石圈磁场 134

4.2.1火星岩石圈磁场空间分布 134

4.2.2火星岩石圈磁场起源 134

4.2.3火星岩石圈磁场模型 136

4.2.4火星岩石圈磁场应用 137

4.3火星发电机 138

4.3.1火星发电机的必要条件 138

4.3.2火星发电机的发展模式 139

4.3.3火星发电机的发展进程 141

4.3.4火星古磁场的长期变化现象 142

4.3.5火星磁场起源的数值模拟 142

4.3.6火星古磁场与古大气的关系 144

4.4太阳风与火星的相互作用 144

4.4.1火星弓激波和磁场堆积区 145

4.4.2火星上的等离子体波动 147

4.4.3火星粒子逃逸和极光现象 149

第5章火星电离层 157

5.1火星上层电离层 157

5.1.1上层电离层探测 157

5.1.2上层电离层的电离源 162

5.1.3上层电离层中的化学过程 165

5.1.4电离层模型 166

5.2火星上层电离层扰动 167

5.2.1太阳耀斑与上层电离层扰动 168

5.2.2日冕物质抛射对层电离层的影响 169

5.2.3太阳能量粒子事件对上层电离层的影响 171

5.2.4极光电离层 171

5.2.5扰动条件下的上层电离层模型 172

5.3火星下层电离层 174

5.3.1“火星4号”和“火星5号”观测 175

5.3.2“火星全球勘测者”观测与流星层 176

5.3.3“火星快车”观测及流星层 178

5.3.4流星离子的成分和化学反应 179

第6章火星大气层 187

6.1火星大气层结构 187

6.2火星大气化学 188

6.3火星大气物理 189

6.4火星大气运动与尘暴 190

6.5火星气候 196

6.6火星大气的演化 197

第7章火星地形地貌 203

7.1火星地形 203

7.2火星主要地貌类型 206

7.2.1撞击坑和盆地 206

7.2.2火山地貌 212

7.2.3峡谷地貌 221

7.2.4水流地貌 223

7.2.5冰川地貌 226

7.2.6风成地貌 228

第8章 火星化学 233

8.1火星壳的化学组成 233

8.1.1轨道器探测 233

8.1.2着陆器探测 239

8.1.3火星陨石 248

8.1.4火星壳的化学特征 251

8.2火星幔和核的化学组成 257

8.2.1玄武岩演化 257

8.2.2火星幔的化学组成 259

8.2.3火星核的化学组成 259

8.3火星年代学 261

8.3.1核幔壳分异时代 261

8.3.2岩浆活动的时代 261

第9章火星的矿物与岩石 265

9.1岩浆岩 265

9.1.1全球分布（轨道探测） 265

9.1.2岩石类型（巡视探测） 267

9.2沉积岩 276

9.2.1风成沉积岩（沉积韵律与气候变化周期） 277

9.2.2水成沉积岩 278

9.3表土角砾岩质陨石 282

9.4火星的矿物 283

9.4.1岩浆岩的主要造岩矿物 285

9.4.2岩浆岩的副矿物 288

9.4.3岩浆岩的含水矿物 288

9.4.4冲击成因高压矿物 291

9.4.5表生矿物1 293

9.4.6表生矿物2 295

9.5小结 301

第10章火星土壤 313

10.1探测概况 313

10.2火星土壤的类型与分布 324

10.3火星土壤的基本性质 326

10.3.1颗粒特征 326

10.3.2化学成分 331

10.3.3矿物组成 337

10.3.4火星土壤的机械力学性质 340

10.3.5磁性 343

10.3.6火星土壤的其他性质 345

10.4火星尘埃 346

10.5火星土壤的形成过程 348

10.6模拟火星土壤 350

10.7小结 353

第11章火星陨石 359

11.1火星陨石概述 359

11.1.1降落型火星陨石 359

11.1.2发现型火星陨石 360

11.2火星陨石来源的证据 360

11.3火星陨石的岩石类型 363

11.3.1辉玻质无球粒火星陨石 364

11.3.2辉橄质无球粒火星陨石 371

11.3.3纯橄质无球粒火星陨石 372

11.3.4斜方辉岩质火星陨石 373

11.3.5火星表土角砾岩 373

11.4火星陨石的年龄 374

11.4.1火星陨石的结晶年龄 375

11.4.2溅射年龄 377

11.4.3宇宙射线暴露年龄 377

11.4.4居地年龄 379

第12章火星地质 383

12.1火星地质总体特征 383

12.2火星外动力地质作用 385

12.2.1撞击作用 385

12.2.2风的地质作用 389

12.2.3流水的地质作用 393

12.2.4极地冰川作用 398

12.3火星内动力地质作用 402

12.3.1火山作用 402

12.3.2构造作用 405

12.3.3变质作用 412

12.4火星地质演化 417

第13章火星内部结构 423

13.1火星重力场与内部结构 423

13.1.1火星的重力场模型 423

13.1.2火星壳厚度模型 425

13.1.3火星的岩石层（圈） 425

13.2火星内部磁场 427

13.2.1火星磁场 427

13.2.2火星内部磁场的基本理论 429

13.2.3火星内部磁场的探测 430

13.2.4火星内部磁场演化 432

13.3火星内部物质组成 433

13.3.1火星的壳—幔—核成分 434

13.3.2火星的内部物质组成模型 435

13.3.3火星内部的水和硫元素 437

13.4火星热流与内部能量 437

13.4.1火星热流的一些基本理论 437

13.4.2火星热流的探索 438

13.4.3火星热流演化的过程 440

13.5火星内部结构模型 441

13.5.1类地行星的内部结构模型研究方法 442

13.5.2火星的内部结构模型 442

第14章火星生命信息 449

14.1火星生命的提出 449

14.1.1火星生命探测历程 454

14.1.2与生命有关的要素 455

14.1.3火星能否改造和人类移民火星 456

14.2火星生命探测的重大事件 457

14.2.1“海盗号” 457

14.2.2“凤凰号” 459

14.2.3“火星快车” 459

14.2.4“好奇号” 463

14.2.5“火星2020” 466

14.3火星陨石提供的生命信息 467

14.3.1AH8 4001、Nakhla和Shergotty 467

14.3.2Tissint陨石中发现有机碳 473

14.3.3火星2亿年前左右还存在地下水的活动 475

14.3.4火星陨石的未来用途 477

14.4未来探寻火星生命的两个方向 477

第15章火星的形成与演化 481

15.1火星的形成与初始物质组成 482

15.2火星的核—幔分异 484

15.3后增生吸积（阶段二） 485

15.4岩浆洋结晶与壳—幔分异 486

15.5火星南北二元结构的起源 487

15.6发电机与磁场 488

15.7火星壳的岩石学模型 490

15.8火星幔的地球化学模型 492

15.9早期岩石圈演化 493

15.10火星表生环境的演化 494

15.11小结 496

第16章火星探测的发展趋势与展望 503

附录 火星地名表 507