火星地理
火星地理（Geography of Mars，或Areography）為火星的自然地理。
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歷史 [编辑]
火星觀測起源於地面望遠鏡，且主要在火星位於相對於地球為衝、也就是火星衝的時候，約每兩年一次，因為此時火星距離地球最近，最易觀察。而距離更短則是在近日點衝，因火星位於近日點附近。
1877年9月（當年9月5日為火星近日點衝），義大利天文學家喬范尼·夏帕雷利首先出版了詳細的火星地圖，和月球一樣以暗區為海（Mare）等水體、亮區為陸地。其中包括著名的canali（channels，河道）（後來被認為只是錯視），他以著名河川命名這些長條暗線。之後被錯誤地翻譯為canals，也就是火星運河的起源。
火星暗區為水體或植被的想法，到了NASA1960年代水手號計畫中的水手4號探測火星才告結束。之後的海盜號、火星全球勘測者亦有長期觀測，而後者1996年發射、工作至2006年，更是繪製了詳盡的火星地圖。
反照率特徵 [编辑]
Sirenum
Acidalium
Major
Tyrrhenum
Cimmerium
Olympica
Lacus
Meridiani
Lacus
Minor
以上為火星全球勘測者於1999年所攝之火星可見光影像地圖，為圓柱投影（en:Equirectangular projection），中央為經度0°，緯度0°，上為北。顯示反照率特徵（Albedo Features），深藍色字為亮區，亮藍色字為暗區。不像月球的月海等暗區常表示低地，火星的明暗地區分布與地形無關，原因是地表有較明亮、隨風遷移的沙子，沙子覆蓋之處即成亮區。但並非上圖的亮區皆為沙子，像是南北極的極冠，或是雲，如希臘平原的大片捲雲。
比較海盜號和火星全球勘測者的影像，會發現明暗特徵已有變化[1]，總體來說暗區面積增加，而暗區吸收入射光的比例較亮區高，也就是反照率較低，故導致了氣候變化，如氣溫上升、風向改變等。
地形 [编辑]
以下地形圖可點選地形特徵進入相關頁面。
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以上地形圖是依火星全球勘測者探測資料繪製，以麥卡托投影顯示南北緯約70.2°之間，中央為經度0°，緯度0°，上為北。麥卡托投影的好處是形狀不變，圓形的隕石坑到高緯仍是圓形，只是尺寸放大了。顏色代表高度，可由右上角的圖例得知。光線是由東北方斜照，而關於地形尺寸與坡度的真實情況，使用Google地球軟體會更明瞭。
概述 [编辑]
火山 [编辑]
水文 [编辑]
地圖與測量 [编辑]
地形測量 [编辑]
20世紀早期地面以無線電波測量火星地形。1976年海盜號進行的地形測量，發現了峽谷和南北半球的巨大差異，而衍生出北方平原本是海洋的假說，如1989年Parker等人提出兩條可能的海岸線。[2]自1999年火星全球勘測者進行更精確的地形測量，並發現一些支持Parker海岸線的證據。[3]
目前廣泛使用的全球地形圖（也就是前面的圖）是火星全球勘測者的火星衛星雷射測高儀（Mars Orbiter Laser Altimeter，MOLA）從1999到2001年累積六百多萬次的雷射測量並修正後所得。[4][5]方法是已知衛星位置，以雷射來回時間計算地表至地心的距離，再減去基準面－－火星大地水準面即得地形高度。
火星大地水準面（Areoid，對應Geoid，地球的大地水準面）是一個接近平均海拔的重力等位面，是人為計算並選擇的，並非真實存在。重力等位面垂直重力場，相當於人感覺到的水平面與上下高低，故以重力作為測量地形高度的依據。又地球的大地水準面近似於傳統的基準面－－海平面，故作為地形高度的基準面。且雖然大體上是一個橢球面，但因各處的質量分布不均導致有不規則起伏，如在塔爾西斯、烏托邦平原等處為突起。[6]目前採用的是戈達德火星重力模型（Goddard Mars Gravity Model）。[4]
除了大地水準面，還有以最接近的橢球面或水的三相點的氣壓：610帕為基準，測出來的地形高度亦互不相同，例如奧林帕斯山的高度值就有很多種，甚至達27公里。以下是幾個例子（單位為公尺）：[7]
| 地形特徵 | 以Areoid為基準 | 以橢球面為基準 | 以610帕為基準 |
|---|---|---|---|
| 奧林帕斯山 | 21287 | 22663 | 24736 |
| 艾斯克雷爾斯山 | 18219 | 19183 | 21472 |
| 阿爾西亞山 | 17781 | 18633 | 20945 |
| 埃律西昂山 | 14127 | 14586 | 16707 |
| 帕弗尼斯山 | 14057 | 14937 | 17307 |
| 亞拔山 | 6770 | 7209 | 9056 |
| 赫克提斯山 | 4853 | 5035 | 7086 |
| 歐伯山 | 3925 | 4185 | 6301 |
| 希臘平原最深處 | -8180 | -8510 | -6462 |
- 註：另有資料顯示不同高度值：奧林帕斯山21229公尺；艾斯克雷爾斯山18225公尺；埃律西昂山14028公尺；帕弗尼斯山14058公尺；希臘平原最深處-8200公尺。[8]
另外可用視差法測量地形，即以稍微不同的角度觀看同物體，來判別立體形狀。這早已應用於航照圖的地形判斷，現在一些探測器如火星勘察衛星、火星快車號和火星探測漫遊者，應用高解析度照片建立區域的高解析度地形模型，或製成立體照片，需帶上紅藍立體眼鏡觀看。
地圖分區 [编辑]
美國地質調查局（USGS）依經緯度將火星地表分為30個長方形區域（Quadrangle），緯度以0°、30°、65°分隔，經度則六或八等分，以傳統地名命名。而代號前的MC表示Mars Chart。下表顯示各區名稱，中央為經度0°，緯度0°，上為北。[9]
| MC-01 Mare Boreum |
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| MC-02 Diacria |
MC-03 Arcadia |
MC-04 Mare Acidalium |
MC-05 Ismenius Lacus |
MC-06 Casius |
MC-07 Cebrenia |
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| MC-08 Amazonis |
MC-09 Tharsis |
MC-10 Lunae Palus |
MC-11 Oxia Palus |
MC-12 Arabia |
MC-13 Syrtis Major |
MC-14 Amenthes |
MC-15 Elysium |
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| MC-16 Memnonia |
MC-17 Phoenicis Lacus |
MC-18 Coprates |
MC-19 Margaritifer Sinus |
MC-20 Sinus Sabaeus |
MC-21 Iapygia |
MC-22 Tyrrhenum |
MC-23 Aeolis |
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| MC-24 Phaethontis |
MC-25 Thaumasia |
MC-26 Argyre |
MC-27 Noachis |
MC-28 Hellas |
MC-29 Eridania |
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| MC-30 Mare Australe |
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經緯坐標 [编辑]
- 零度經線
火星赤道是以它的自转确定，但火星的本初子午线是人为指定的，跟地球的一样，选择是随意的，大家约定俗成。1830-32年，德国天文学家Wilhelm Beer和Johann Heinrich Mädler选择一个小圆形特征作参考点以制作火星的第一张系统地图，1877年被意大利天文学家喬范尼·夏帕雷利採用作本初子午线。在1972年，水手9号测绘火星地貌後，沿着Beer和Mädler的线，兰德公司的Merton Davies在他建立一个地理控点网络后提出火星精确的0.0°经线定义：是一个位于子午湾（Sinus Meridiani，或子午線高原（Meridiani Planum））的小隕石坑（稍后被称为艾里-0）。
- 兩種坐標系統
火星坐標系統有兩種，一種採用地理緯度（planetographic latitude）與西經（西經0度至360度），另一種採用地心緯度（planetocentric latitude）與東經（東經0度至360度），兩者皆由國際天文學聯合會認可使用。早期的觀測是使用前者，2002年決定未來製圖時使用後者（不過2001年MOLA製作的地圖屬於後者）。[10]
地名命名 [编辑]
早期 [编辑]
約翰·海因里希·馮·梅德勒（Johann Heinrich von Mädler）和威廉·比爾（Wilhelm Beer）雖然因月球地圖而聞名，他們也是首先的火星製圖者。他們以大部分地表特徵是固定的為出發點，訂出火星自轉週期，在1840年的計算只比現在差了0.1秒。1830年，梅德勒結合了十年的觀察繪製了第一張火星地圖。他們並沒有為各特徵命名，而是以字母標示，如子午線灣（Sinus Meridiani）為 a。
往後大約二十年，隨著儀器進步和觀測者增加，很多名稱開始出現，如太陽湖（Solis Lacus）稱為眼（Oculus），大瑟提斯則為沙漏海（Hourglass Sea）或蠍子（Scorpion）。1858年，安吉洛·西奇命之為大西洋水道（Atlantic Canale）。他解釋：「它就好像地球的大西洋，分隔開舊大陸與新大陸。」而這是水道（canale）——義大利語可解釋為水道（channel）或運河（canal）——第一次使用在火星上。
1867年，理查德·安東尼·普羅克特（Richard Anthony Proctor）不加修飾地取自威廉·魯特·道斯（William Rutter Dawes）於1865年所繪的地圖，繪了一張火星地圖。他以一些觀測者的名字來命名各特徵。以下列出，與喬范尼·夏帕雷利於1877至1886年所繪之地圖中所使用的相比較。[11]夏帕雷利用的較為廣泛接受，至今仍使用：
- Kaiser Sea = Syrtis Major
- Lockyer Land = Hellas
- Main Sea = Lacus Moeris
- Herschel II Strait = Sinus Sabaeus
- Dawes Continent = Aeria and Arabia
- De La Rue Ocean = Mare Erythraeum
- Lockyer Sea = Solis Lacus
- Dawes Sea = Tithonius Lacus
- Madler Continent = Chryse, Ophir, Tharsis
- Maraldi Sea = Maria Sirenum and Cimmerium
- Secchi Continent = Memnonia
- Hooke Sea = Mare Tyrrhenum
- Cassini Land = Ausonia
- Herschel I Continent = Zephyria, Aeolis, Aethiopis
- Hind Land = Libya
普羅克特的命名法常遭批評，因為他選的多是英國的天文學家，也因為一些名字不只使用一次。尤其Dawes就出現不只六次（Dawes Ocean，Dawes Continent，Dawes Sea，Dawes Strait，Dawes Isle，Dawes Forked Bay）。即使如此，這個命名法也不是那麼令人厭惡，且這些缺點也由後來的天文學家所改進。
現代 [编辑]
現在，火星地名有多種來源。大的反照率特徵保留傳統名字，但常隨著真正性質的發現而更新，如Nix Olympica（奧林匹克之雪）變成Olympus Mons（奧林帕斯山）。
大隕石坑以重要的科學家和科幻作家命名；小隕石坑則以地球上的村鎮命名。
一些火星車所研究的地表特徵會加上暫時名稱或綽號，以利辨別標示。然而，一些特徵如以哥倫比亞號太空梭災難上七名太空人的名字命名的哥倫比亞山丘群，希望能得到國際天文學聯合會的永久使用。
用語 [编辑]
火星地形或地表特徵用語是採拉丁文，在此列出常用的供對照：（或參考原文）
| 用語（, 複數） | 中文解釋 | 實例 |
|---|---|---|
| Catena, catenae | 一串的圓形凹地，鏈坑 | Phlegethon Catena |
| Cavus, cavi | 淺、不規則、邊緣陡峭的凹地，常成列或成群 | Scandia Cavi |
| Choas, chaoses | 破碎地表，混沌地形 | Hydraotes Choas |
| Chasma, chasmata | 深長、邊緣陡峭之凹地 | Echus Chasma |
| Collis, colles | 小山丘、圓丘 | Cydonia Colles |
| Crater, craters | 圓形凹地，環形山，通常指撞擊坑 | Cassini（地圖上撞擊坑不加Crater，只寫名字） |
| Dorsum, dorsa | 脊 | Gordii Dorsum |
| Fossa, fossae | 狹長甚至多條並行的谷地，槽溝 | Tempe Fossae |
| Labes, labēs | 山崩、滑坡 | Ophir Labes |
| Labyrinthus, labyrinthi | 峽谷或山脊複雜交錯的地區 | Noctis Labyrinthus |
| Mensa, mensae | 頂部平坦、邊緣陡峭的突出地 | Sacra Mensa |
| Mons, montes | 山 | Phlegra Montes |
| Patera, paterae | 不規則環形山，或指複雜、多弧形邊的火山口 | Apollinaris Patera |
| Planitia, planitiae | 低海拔平原 | Utopia Planitia |
| Planum, plana | 高海拔平原，高原 | Lunae Planum |
| Rupes, rupēs | 陡坡 | Promethei Rupes |
| Scopulus, scopuli | 葉狀、不規則陡坡 | Oenotria Scopulus |
| Sulcus, sulci | 平行的溝、脊 | Lycus Sulci |
| Terra, terrae | 廣大的地塊 | Xanthe Terra |
| Tholus, tholi | 小、圓頂的山或丘 | Hecates Tholus |
| Unda, undae | 沙丘 | Olympia Undae |
| Vallis, valles | 峽谷 | Kasei Valles |
| Vastitas, vastitates | 廣大的平原 | Vastitas Borealis |
用語通常放在名字之後，只有少數置前，如Valles Marineris、Dorsa Brevia。
火星地名列表国际天文学联合会的行星系命名工作组负责命名火星等星球表面的地貌。
參見 [编辑]
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參考資料 [编辑]
- ^ USGS Astrogeology: Three Decades of Martian Surface Changes
- ^ Parker, Timothy J.; Saunders, R. Stephen; Schneeberger, Dale M., Transitional morphology in West Deuteronilus Mensae, Mars: Implications for modification of the lowland/upland boundary, Icarus. 1989, 82 (1): 111-145, doi:10.1016/0019-1035(89)90027-4
- ^ Head, J.W.; Heisinger, H.; Ivanov, M.A.; Kreslavsky, M.A.; Pratt, S.; Thomson, B.J., Possible Ancient Oceans on Mars: Evidence from Mars Orbiter Laser Altimeter Data, Science. 1999, 286: 2134-2137, doi:10.1126/science.286.5447.2134
- ^ 4.0 4.1 Highest and Lowest Points on Mars_geology.com
- ^ USGS: Astrogeology: Maps & Globes Gallery: Mars
- ^ Jules Verne Voyager: Mars Features: MOLA areoid-ellipsoid
- ^ IAN - Jak se jmenuje nejvyšší vrchol Marsu?（捷克語）
- ^ Mars Color-Coded Contour Map, Geologic Investigations Series I-2782, Sheet 2
- ^ USGS Astrogeology Gazetteer of Planetary Nomenclature - Mars Grid Map
- ^ Gazetteer of Planetary Nomenclature: Martian Coordinate Systems
- ^ Ley, Willy and von Braun, Wernher The Exploration of Mars New York:1956 The Viking Press Pages 70-71 Schiaparelli's original map of Mars
延伸閱讀 [编辑]
- Sheehan, William, "The Planet Mars: A History of Observation and Discovery" (Full text online) The University of Arizona Press, Tucson. 1996.
外部連結 [编辑]
- USGS Astrogeology: Map-a-Planet 自製各行星衛星地圖
- Google Mars Google火星
- PDS Geosciences Node: Data and Services MGS MOLA MEGDRs 此頁含MOLA原始資料
- Mars Maps
- MEC-1 Prototype
- Historical Globes of the Red Planet
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