天文史中火星是一個極重要的天體。它和金星一樣，是離地球最近的兩個行星。可是金星離日比地球近，自地球上看來金星好似是太陽的跟班一樣，隨日而出息，因而有晨星和暮星之稱。火星離日比地球遠，因此具有所有一切地外行星的運動特性，而且特別明顯。由於布拉海（Brahe）的對火星的觀測，刻卜勒（Kepler）才能引導出他的三條有名的定律，由此奠定了牛頓力學的基礎，而牛頓力學是現代物理的始組。

要不是一位意大利天文家季凡尼‧夏培勒利（Giovanni Schiaparelli）無意中觀測的發現和翻譯上的錯誤，恐怕火星不會帶給人們這麼多的神秘感。夏培勒利在1877年宣佈在火星表面他觀測到一些若隱若現的條紋，他把這些條紋叫做Canali在意大利文中Canali的意思是峽溝。峽溝是一種地理上的現象，英文應當翻成Channel，例如英法海峽就叫做Channel一樣。峽溝並不一定是人為的意思。可是一位半通意大利文的記者先生把這項消息翻成英文字的Canal，Canal的意思是運河，即人工開發的河流。於是一再誤傳之下，就咬定說是夏培勒利發現火星上有人似的了。

隨著時間的過去，這誤解本來可以逐漸消失的，可是有一位業餘天文學家培西佛羅威耳（PercivalLowell）^1.一口咬定火星上有了生物。除了獨資建立天文臺觀測外，又著書揣測火星上的生物情況，因為運河本身太小，即使是在最高倍的望遠鏡中也無法看見。因此他認為所看到的線紋不是運河本身，而是沿運河的寬達百哩的廣大灌溉區。從這點出發，他在演講中，文章裏，及他所著的書裏揣測火星人的文化，商學，社會情形等等。他的優美的文筆，動人的口才，及他的熱誠使得火星上可能有高等生物的問題成了一個婦孺皆知的大眾天文問題。

是不是這些觀測者，都真正地觀測到條紋呢？在一般情形下，由於大氣氣流的原因，望遠鏡的分析本領不會大於一秒（角）左右，即使是在火星離地最近的時候（例如，本年八月十二日），地火距離也在3.5× 10⁷哩左右，一秒的角大小相當於火星上面的直線大小180哩左右。這樣的火星大小，猶如用肉眼看月球一樣，長期的觀測中，偶而在一兩秒的時間，所有的氣流都在這瞬時間內不動，這時的分析本領可以有0.1秒左右。因此可以看到火星上十八哩大小的標誌。所有的條紋都是在這種極少的良好觀測機會下看到的。在長期觀測之下，突然遇到這麼好的觀測機會心理的緊張情形是可想而知的。有許多人認為看到的條紋是心理上過度熱誠而引起的幻覺，因為幾位觀測者畫出來的火星地圖不盡相同，而且有幾位觀測者聲明根本沒看到過條紋。

即使這些運河不存在，火星其他許多的特徵也足以使它成為一個神秘的行星：火星表面有一層大氣，而且是延伸甚廣的大氣層。

一般氣體對紫外線吸收較強；用紫光照出火星的照片和用紅光照出火星的照片來作比較，就可以看出火星表面的確有一層大氣（照片四），而且自紫光和紅光照片比較火星大小，可以斷定火星上的大氣延伸比地球的還廣。但是這不能證明火星的大氣比地球的多。原因如下：地球表面大氣壓力及密度隨高度增加而減少，其減幅方式約和指數函數相似，每經過某距離壓力便減到原有數值的e^-1倍（e＝2.7182818……），這距離便叫做標高，標高和重力加速度成反比。在地球而言標高約為八公里左右火星的質量為地球七分之一，半徑比地球半徑的一半稍多，因此標高約為地球的四倍左右。因此使只有很少的大氣延伸看來很廣。

經1965年及1968年航海家太空船探測的結果，發現火星的大氣層的氣壓遠比以前所測定的要低，只有大氣的百分之一左右──相當於地球海拔七萬呎（三十公里左右）高空的氣壓，由於大氣層稀薄，表面的熱量很快的就會散到空中，因此火星大氣中含二氧化碳最多，氮次之，有少許水份，隨地區而異，沒有氧的存在，可是沒有氧的存在並不能否定生物的存在；在實驗室中曾用類似火星環境的大氣，配合了類似火星的劇烈的溫度變化，和類似火星的陽光強度，來培養地球的生物。發現有許多種的低等的生物都可以生存。按照地球的生物種類看來，若是有生物的話，也只有極度低等的生物（例如地錢等植物）可以生存。雖然我們不知道生物能否在這種惡劣環境下自單細胞生物繁殖進化到地錢之類的複雜生物，可是生物的進化是我們不能揣測的奧妙問題，也許自然界在火星上面又發現一種生物演化的途徑。例如，有些細菌在地面上可以自岩石分解中獲得氧氣。這種過程也許是火星上生物的『攝生之道』。

為什麼火星上沒有氧呢？為什麼空氣這樣稀薄呢？我們猜測，地球上的大氣不是與地球同時誕生的，而是誕生後再製造出來的大氣。自岩石中放出的水份受日光的作用急速分解成氫和氧；氫自表面逃出只剩下氧氣，岩石（如石灰石等）在分解中也可以放出二氧化碳。其他的氣體如氨氣分解時產生很多的氮（關於地球大氣如何產生的問題請看科月第一卷第六期「金星」一文）。在火星上發現有二氧化碳，有氮氣，也有少量的水份，可見得自然在造火星時並沒有虧待火星，那麼氧跑到那裏去呢？在造大氣的環境看來火星似乎是先天不足一點。火星離日較遠所受熱量不足，因此放出氣體較少，第二放出的氧迅速的被表面的含鐵礦物所吸收（吸收後使土壤顏色變紅，而給火星帶來它的特徵性的紅色）。這樣一來，氧氣就不能停在空中造成臭氧以保護火星表面不受紫外光的照射，因為紫外光繼續的照射可以使剩餘的水份再繼續分解。大氣中因此含水份不多。水份在大氣的功用是製造一層對紅內線吸收極強的氣層以保留火星的餘熱。因此，在先天不足之下，又加上後天失調，使得火星的大氣成為一個極度稀薄，而不太適合一般生物生長的大氣。

火星表面溫度變化很大。天文測量的結果，斷定在白天正午，在赤道區溫度可達攝氏25℃﹐頗適合人類生活；但在晚間可以降到-70℃左右，在這溫度連二氧化碳都可凍結成乾冰。

火星的另一個特徵是，自轉軸和公轉平面約作25° 的傾斜（地球是23.5° ），和地球相似。因此火星也有季節現象。這季節現象呈現於兩個特徵：1﹒火星南北極都有類似地球南北極雪區的白色區域，這些白色區域的大小隨季節而變（冬天變大夏天變小或完全消失）。2﹒火星表面某些部份的顏色深淺隨季節而變。

這些白色區域的組成是否和地球一樣，也是水份呢？這是個一直令人感興趣的問題。按照最近航海家太空船探險的結果，火星大氣以二氧化碳為主，氮次之，只有很少的水份，並沒有氧。因此看來，極峰的組成大約是固態二氧化碳（乾冰）。

從觀測中知道有時整個極在夏天都可以消失掉。火星離日距離約為地球離日距離的1.5倍，所受的太陽輻射強度約為地球的一半。由此吸收陽光能量的比率，可以推算出極峰最大的厚度。這厚度和構成有關，如果是水的話厚度不會超過1㎝，如果是二氧化碳（乾冰）也不會超過10㎝。因此，火星上缺水的程度比沙漠中還嚴重（沙漠中的雨量約為每年一吋或2.5㎝）。

季節的來臨也給火星表面帶來顏色的變化。這些顏色的變化令人想起地球上由於生物帶來的變化。在地球北半球，當春天來到時，北半球的北部的雪逐漸向北極退去，綠色草木的生長逐漸替代枯去的草木。在火星表面，似乎隨春天的到來，某些地區逐漸自淺棕色變成深棕色，自北向南開始變化。這種季節性的顏色的變化是生物存在的最有力的一種間接證據。但是也有人認為季節性的顏色的變化，是由於季風的吹刮，冬天來到時把表面的顏色深的細砂吹走，春天再把細砂吹來。究竟是什造成顏色的變化，恐怕又非要直接登陸火星不能知道。

航海家太空船所攝的照片，使有無生物這問題，又重新變成一個大問題。這些照片所攝的地區約佔火星總面積的百分之一，而這些照片顯示出，火星表面有許多類似月球表面的隕石撞擊口，這是在預料中的，因為火星大氣稀薄，一定有許多隕石可以穿過大氣，而降落在火星表面造成隕石撞擊口，由這百分之一的照片，可以推算出火星表面約有一萬個隕石撞擊口，可是同月球比來，這個隕石撞擊口的總數目就太少了。火星離小行星群較近，按理論計算撞擊一單位面積火星表面的隕石應比撞擊月球的多二十五倍。因此大部份古老的隕石撞擊口都早已消失，計算下來，隕石撞擊口的壽命只有8億年。這同一般人接受的太陽系年齡來比（45億年），小得多了。因此我們猜臆也許隕石撞擊口是因為表面地質變化而消失，而能使表面地質變化最快的過程是生物過程。

對火星的研究在1960年就很認真。從地面的觀測和理論上的研究，地質學家戈頓‧馬克丹諾（Gudon McDonald）斷定火星的內部構造和月球相似，而和地球大不相同，主要的理由是，火星質量太小，地熱易於散去。按理論上算來內部的溫度應在岩石熔解溫度之下和月球一樣，而不會和地球一樣有一個液態的核心。這推論在當時是驚人之談，可是以後在1965年的一枚行星際太空船航海家（Mariner）第四號到達火星附近觀測之後，就被證實了。

火星還有一個最奇怪的現象，就是它的衛星。這兩個衛星都很小，直徑約在二十公里以內，一個叫做Deimos﹐在離火星20000公里處，另一個叫做Phobos﹐在離火星8000公里處。可是奇怪的是，從長期的觀測中，發現Phobos的週期逐漸減少，表示Phobos逐漸向火星靠近，由Phobos的大小以及在Phobos火星大氣的密度，可以算出Phobos的密度──結果異常令人驚奇，似乎Phobos是一個中空的物體。在我們地球上從未發現那麼密度低的物體。蘇聯著名天文家許哥落斯基（Josit S.Shklovsky）臆測，Phobos是中空而人為的物體；它是一度在火星上面居住的高等生物的產品，當他們知道他們的大氣逐漸消失，整個文明將遭遇毀滅的命運的時候，他們把所有的精力都化在建造一個巨大的衛星，作為他們的博物院以資保存他們的文化，給未來的太空探險家來發現。雖然大多數天文學家都不同意許哥落斯基的臆測，但是我們可以看出，即使是正統的天文學家對火星仍舊保持著一種極端的神秘感。

1.他是本世紀初的著名的哈佛校長羅威耳的兄弟。羅威耳以一富貴世家子身份從事天文觀測，獨資創立現在亞利桑那州的旗桿城（Flag staff）的羅威耳天文臺。他一生相信在海王星之外必有一行星，因而設立一大計劃來尋覓之。計劃未成而卒。但死後不久他的助手湯布（Tombaugh）依照他的觀測計劃而發現冥王星Pluto。