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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1293

9.4.6表生矿物2295

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Shergotty467

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