王家骥
"火星全球勘测者"发射比"火星探路者"早差不多一个月，但由于飞行路线不同，到达火星的时间是1997年9月12日，晚了差不多两个月。它没在火星上着 陆，而是成了火星的一颗人造卫星，环绕火星转动。在"火星全球勘测者"上，载有一台"火星轨道照相机"，可在380公里高空拍摄火星表面的高清晰度图像， 能分辨只有几米的火星地形细迹。另外，它还载有一台"火星轨道激光高度计"，可以用激光测量火星表面地形的海拔高度，准确度一般为13米，最好可达2米。
迄今，"火星全球勘测者"环绕火星工作还不到三年。可是，它已经向地球发回了几千幅火星表面图像，并且对火星表面进行了2,700万次海拔高度测量。利用 这些图像和数据，科学家们已经绘就了火星的一幅地形图。这些科学家说，现在我们对火星全球地形的了解，甚至比地球上各大陆的某些地区还来得清楚。
"火星全球勘测者"的直接目的是为99年12月3日在火星南极附近着陆的"火星极地登陆者"选择登陆地点，但对火星全球作高分辨率勘测，则是其主要任务。 人类首次依靠空间探测器在火星近空探测火星成功，是在1964年。当时，"水手4号"飞船向地球发回了21幅图像，分辨率比如今 "火星全球勘测者"的图像低数十倍。35年来，人类又多次对火星进行了成功的探测。可是，"火星全球勘测者"不到两年所取得的丰硕成果，已远远超过了前 33年。
火星地形概貌
在火星地形图上，最引人瞩目的一个特征，就是靠近火星南极的一个大陨石坑。这个陨石坑的盆地深达9公里，把地球上最高的珠穆朗玛峰整个放进这个大盆地中， 也不会露出顶峰来。大盆地的直径超过2,000公里，与我国青藏高原差不多大。周围的环形山，高出四周地面2公里，一直绵延到离开盆地中心4,000公里 处。
这样大的陨石坑，应该是一颗小行星与火星撞击的结果。这一撞击掀起的尘土，若铺在我国东部地区，足以使我国的地形变得东、西部差不多一样高。可以想象，由 于火星的半径只有地球的一半多一些，体积则只是地球的七分之一，这次撞击必定会使火星的南半球显著隆起，变得比北半球高得多。据计算，南半球平均比北半球 高5公里左右。
火星上的最高山峰也比地球上的高得多。它是一座火山，比火星表面平均高度高出27公里。它是太阳系内已知最高的山峰。因此，火星表面最高点和最低点之间的差达30多公里，是地球的1.5倍。
与火星的南半球相比，北半球的地表明显比较平坦，主要是由火星演化最早时期的内部地质运动过程形成的。由于火星南半球比北半球高，造成了由南极向北极倾斜 的地形。在大约四十亿年前，火星上还有大量液态水的时候，水的主要流向自然受这样的地形影响，大体上由南向北流。不过，一些局部地形也表明，在这些地方， 水的流向也可能不同，从而形成一些较小的内海。
据对火星两极的勘测结果，虽然两者差别很大，但是地形轮廓却十分相似。火星两极同样被冰冠所覆盖。这些冰的成分，可能是水，也可能是二氧化碳，或者两者兼 而有之。如果成分全是水，则火星表面现有的水量，最多可达到地球格陵兰岛上覆盖的冰的总量的1.5倍。若把这些水均匀分布于火星全球，水深可达二、三十 米。这些水量大致等于火星古代海洋最少水量的三分之一。
火星上的大峡谷
在火星的南半球，大致与上述大盆地相差180度，靠近火星的赤道处，有一个大高原。在这个高原的西北部，有四个特大火山口。火星上最高的山峰就是其中之 一。从这群火山向东延伸，有一条大峡谷。这条大峡谷，深达8公里；而整条峡谷，达4,000多公里长。"火星轨道照相机"拍摄下来的这条峡谷的照片极其清 晰，其层状结构和纹理一目了然，巍为壮观。在峡谷的顶部，覆盖有一层薄薄的火山岩层。这一火山岩层看上去很坚硬。在这层火山岩的外壳下面，则有很多由于冲 击和切割形成的纹理。
过去，科学家们曾经根据清晰度很低的图像，以为这一区域这样的地层是由巨角砾岩和陨石冲击产生的破碎基岩构成的。巨角砾岩是由火山喷发出的岩石经堆积和沉 积作用胶结而成的一种岩石。因此，这个大峡谷应该是在一次火山大爆发中形成的，时间应在火星形成后的最初十亿年左右。那时候，火星就如地球形成初期一样， 由于内部放射性元素衰变产生热能，以及陨石冲击时把动能转变成热能，使内部温度升高，熔岩流活跃，火山活动剧烈。
那么，在那次火山活动之后，火星有没有新的火山活动发生呢？这次"火星轨道照相机"拍摄的大峡谷图像给了科学家们肯定的回答。在这些图像中，到处可以见到水平的层状结构。这说明火星上的火山活动不只一次，而是发生过多次。
火星现在仍有火山活动
火星的地表，像月亮上一样，有很多环形山。这些环形山，实际上是由陨石冲击形成的陨击坑。由于月亮上没有大气，这些环形山没有受到风化和埋没。地球上本来 也应该有许多环形山，但是因为地球有较浓密的大气层和地面水，小的陨石在进入大气层后就成为流星烧掉了，大的陨石虽然也会形成陨击坑，可是在漫长的地质年 代中，它们经过风化、侵蚀和冲刷作用，几乎已把原来的面目抹平了。因此，地球上已很难找到比5亿年更古老的地貌特征。
火星介于地球和月亮之间，有稀薄的大气，有时会形成巨大的尘暴，遮天蔽地，持续数天甚至数周。因此，火星上年代久远的环形山，小的往往完全被沙尘埋没，大 的也会受到风化和部分淹埋，面目有所变化。于是，通过对火星表面环形山的计数和形态观测，可以估计某一区域地层的年龄。不过，以前的一些研究，由于受到图 像分辨率的限制，只能发现直径几百米的陨击坑，所以对地层年龄的估计并不准确。
"火星轨道照相机"拍摄的清晰图像，可以看到直径只有十多米的陨击坑，为科学家进行上述研究提供了更好的条件。科学家们在一个地区，发现其中的山谷很浅， 被很厚的沙尘覆盖了起来，而且小的环形山也很少见，可见其地表已十分古老，年龄大致在35亿年左右。在另一地区，也就是前面提到的那座最高的火山口内侧， 它的底部可能是火星上最年轻的地表，其上的陨击坑连最小的也清晰可见，意味着它的年龄不超过4,000万年。这还不到火星年龄的百分之一，说明了火星目前 也还有可能发生火山活动。
火星上可能有地下水
"火星探路者"的一大成果是有力地证明了在几十亿年前火星上曾经发生过特大洪水。这也就是说，在火星的早期历史上，曾经有过大量的地面水。但是如今，除了火星两极可能有以冰的形式存在的地面水以外，其余地区，不管其海拔高低，都是一片荒漠，毫无地面水的痕迹。
在地球上，现已在一些大沙漠中，发现蕴藏有大量的地下水。那么，在火星上，在其荒漠的地表下面，有没有可能也蕴藏着地下水呢？"火星轨道照相机"发回的图 像表明，火星表面有一些很大的外流峡谷。科学家们普遍认为它们是由当年的特大洪水造成的。但是，在一些地方，也看见了一些谷地，这些谷地远比外流峡谷小， 而且有很多分支，形成复杂的山谷网络。
对于这些小的谷地，科学家们在它们的起源和年龄方面还没有取得统一的意见。它们有可能是在早期由地面水长期冲蚀形成的，但相隔几十亿年后，为什么其地貌特 征能保护得这样好呢？因此，另一些科学家认为，它们可能是由地下水形成的。这些地下水随着火星季节的交替而呈液态或固态。当它们变成固态的冰时，因体积膨 胀而使地表鼓起，而由冰融化成水时，鼓起的地表因失去支撑而陷落。如此往复，使下陷越来越深，最终形成了山谷。由于地下水的流向随地质状况而有复杂的变 化，便形成了有复杂网络结构的谷地。
这些小谷地的地貌特征十分鲜明，这意味着地下水的作用年代可能并不十分久远，甚至现在还在发生着这种作用。如果情况正是这样，那将是十分鼓舞人心的。在这 些地下水流经的地区，在荒芜的地表下面，由于有水存在，很可能会有某种形式的生命存在。尽管这些生命的形式不可能像人类这样高级，但仅仅在地球之外真正地 找到了生命，这本身就是一个划时代的科学成就。
这张3月13日由美国宇航局公布的合成视频图片显示了火星上的"火星大峡谷"的地貌，这一作 品由宇航局下属的喷气推进实验室制作。该峡谷平均宽度超过160公里，地貌类似于范围扩大数倍的美国西部沙漠。峡谷中间和两边堆积着大量的岩石、沉积物和 山体滑坡碎片。地质学者认为，这种地貌是由于水的长期作用导致火星地表塌陷，形成类似于地球上河谷一样的峡谷。
这张奇特的照片是从火星"大峡谷"地区拍摄的。几百万年前火星上有大量可以在岩石缝隙中流的水。照片上反应的是贝克勒尔坑的岩层，蓝色区域是风吹积的沙丘。
这是火星"水手裂谷"的照片，这一地区曾经有地下水。照片使人们相信火星曾经是一个有空气、河流、湖泊、降水甚至是有生命的适合居住的星球。
这是火星Mawrth峡谷地区多彩的岩层图片。这个地区引起科学家的注意是因为有类似粘土的矿物岩石，这些矿物岩石可能是水作用形成的。
这是"火星探测轨道飞行器"在火星Valles Marineris大峡谷内的Candor Chasma地区拍摄到的一张断层图像，为过去火星地表下面液体流动和地质化学变化提供了线索。
"高分辨率成像科学装置"在火星Meridiani Planum地区维多利亚环形山东部河床边缘的线性褶皱结构。
"高分辨率成像科学装置"在火星Meridiani Planum地区拍摄到的断层周围的"晕轮"，为远古火星断层附近存在流动液体提供了证据
火星表面的赫柏大峡谷图一
火星表面的赫柏大峡谷图二
从事火星研究的美国专家小组首次获得了火星表面最深峡谷――"赫柏"(Hebe，希腊神话中的青春女神)峡谷的高清晰三维照片。
据悉，这些照片是火星人造卫星"火星快车"上安装的高清晰度立体照相机拍摄的。照片上非常清晰地显示出了"赫柏"峡谷及其内部的高山。
科学家们解释称，"赫柏"峡谷是火星表面构造最为奇特的峡谷之一，它位于火星表面最著名的峡谷――"水手"峡谷(mariner)以北。地质学家认为，火 星表面的"水手"峡谷大约在35亿年前沿着火星地质断层开始形成。断层是由地质构造变化以及位于西部的塔希斯(Tharsis)巨型火山的不断增长所造成 的。当融化的岩石(岩浆)从地壳涌入塔希斯山后，整个地区开始抬升，这时周边的地壳岩石不断被拉伸，直至断裂形成断层和裂纹。
当裂缝展开后，地面就会下沉，就像拱门移动时拱心石就会坠落一样。同时，断层也为地下水的流动打开了通道，它破坏了地表，并且扩大了断裂区域。在"水手"峡谷中的许多地方，险峻而且较新暴露的崖壁变得很不牢固，由此造成的山崩使峡谷变得越来越宽。
而照片上显示的"赫柏"峡谷中沉积物层层堆积，几乎可以触及到山谷的边缘。它们呈现出了受侵蚀的岩脊和阶地，孤立的小山、平顶的台地等等不同形态。在一些地方，沉积物被山体滑坡的岩石碎块所覆盖。
最令科学家们感兴趣的问题是：这些沉积物从何而来？这种平铺、无扭曲的层叠说明沉积物是在一个平静的地质环境下堆积起来的。例如，从天而降的火山灰，或是 沉积在湖泊或者大片静止水域的沉积物。但是如果沉淀物质的来源是湖床沉积物，那么它们又是如何进入了山谷？这依然是个未知数。
据研究人员称，"赫柏"峡谷最深处在8000米以上。根据峡谷的造型判断，这一地区曾经是水的世界，而峡谷内部这座平顶高山曾经是原来水世界中的一座小岛。
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