我们现在知道虽然火星目前可能非常寒冷，非常干燥，而且非常不适合居住，但情况并非总是如此。更重要的是，火星和地球实际上有很多共同之处。

在两个行星之间，在尺寸，倾斜度，结构，成分，甚至表面上存在水方面都有相似之处。

尺寸，质量和轨道：

就它们的大小和质量而言，地球和火星是完全不同的。地球平均半径为6371千米，质量为5.97×10 的24次方千克，是太阳系中第五大和第五大质量的行星，也是最大的类地行星。与此同时，火星赤道半径约为3,396公里（极地地区为3,376公里），相当于大约0.53个地球。然而，它的质量仅为6.4185 x 10 的23次方千克，约为地球的15％。

同样，地球的体积是一个巨大的1.08321 x 10 的12次方 km 3，其产量为1,083亿立方千米。相比之下，火星的体积为1.6318 x 10 的11次方 km 3（1630亿立方千米），相当于0.151地球。在这种尺寸，质量和体积的差异之间，火星的表面重力为3.711 m / s 2，占地球的37.6％（0.376 g）。

就它们的轨道而言，地球和火星也是完全不同的。例如，地球绕太阳运行的平均距离（又称半长轴）为149,598,261公里 - 或一个天文单位（AU）。该轨道具有非常小的偏心率（约0.0167），这意味着它的轨道范围从近日点的147,095,000千米（0.983 AU）到远日点的151,930,000千米（1.015 AU）。

距离太阳（远日点）最远的距离，火星的轨道距离约为249,200,000,000千米（1.666 AU）。在近日点，当它最接近太阳时，它的轨道距离约为206,700,000,000千米（1.3814 AU）。在这些距离上，地球的轨道周期为365.25天（朱利安为1.000017年），而火星的轨道周期为686.971天（1.88地球年）。

然而，就他们的恒星旋转（行星在其轴上完成一次旋转所需的时间）而言，地球和火星再次在同一条船上。虽然地球需要精确23小时56米和4秒来完成单个恒星旋转（0.997地球日），但火星在大约24小时40分钟内完成相同的操作。这意味着一个火星日（又名Sol）非常接近地球上的一天。

火星的轴向倾斜与地球非常相似，与其轨道平面倾斜25.19°（而地球的轴向倾斜刚好超过23°）。这意味着火星也会经历类似于地球的季节和温度变化（见下文）。

结构和组成：

地球和火星在它们的基本构成方面是相似的，因为它们都是类地行星。这意味着两者都在致密的金属核心和覆盖的地幔和由不太致密的材料（如硅酸盐岩石）组成的地壳之间进行区分。然而，地球的密度高于火星 - 5.514 g / cm 3，相比之下3.93 g / cm 3（或0.71地球） - 这表明火星的核心区域包含的元素比地球更轻。

地球核心区域由一个半径约为1,220 km的实心内核和一个半径约为3,400 km的液体外核组成。内核和外核均由铁和镍组成，具有微量的较轻元素，并且它们一起增加了与火星本身一样大的半径。目前的火星内部模型表明其核心区域半径约为1,794±65公里（1,115±40英里），主要由铁和镍组成，硫含量约为16-17％。

两个行星都有一个围绕其核心的硅酸盐外壳和一个固体材料的表面外壳。地球的地幔 - 由略微粘稠的物质的上地幔和更坚固的下地幔组成 - 厚约2,890公里（1,790英里），由富含铁和镁的硅酸盐岩组成。地壳的平均厚度为40公里（25英里），由富含铁和镁（即火成岩）和花岗岩（富含钠，钾和铝）的岩石组成。

相比之下，火星的地幔非常薄，厚度约为1,300至1,800公里（800-1,100英里）。与地球一样，这个地幔被认为是由硅酸盐岩组成，与地壳相比富含矿物质，并且部分粘稠（导致形成表面的对流）。与此同时，地壳平均厚度约为50公里（31英里），最大长度为125公里（78英里）。相对于两颗行星的大小，这大约是地壳的三倍。

因此，由于它们作为陆地行星的共同地位，这两颗行星的构成相似。虽然它们在金属芯和不太致密的材料层之间存在差异，但是在它们各自的层的比例厚度方面存在一些差异。

表面特征：

当谈到地球和火星的表面时，事情再一次成为对比的例子。当然，在将蓝色地球与红色星球进行比较时，最明显的差异就是 - 正如绰号所暗示的那样。与我们的太阳系中的其他行星不同，绝大多数地球都被液态水覆盖，大约70％的表面 - 或361,132百万平方公里（1394.3万平方英里）。

火星表面干燥，多尘，并覆盖着富含氧化铁的污垢（又称锈，导致其微红的外观）。然而，已知极地冰盖内存在大量浓度的冰水 - Planum Boreum和Planum Australe。此外，永久冻土地幔从极地延伸到大约60°的纬度，这意味着冰水存在于火星表面的大部分地下。雷达数据和土壤样本也证实了中纬度地区存在浅层地下水。

地球和火星轨道的艺术表现。图片来源：NASA

至于相似之处，地球和火星都有不同地方变化很大的地形。在地球上，海拔高度和低于海平面，有山地特征，火山，陡坡（沟），峡谷，高原和深海平原。表面的其余部分被山脉，沙漠，平原，高原和其他地貌覆盖。

火星非常相似，其表面覆盖了山脉，沙质平原，甚至是太阳系中最大的一些沙丘。它还拥有太阳系中最大的山峰，盾形火山奥林匹斯山，以及太阳系中最长，最深的峡谷：Valles Marineris。

多年来，地球和火星也经历了小行星和流星的许多影响。然而，火星自身的撞击陨石坑保存得更好，其中许多可追溯到数十亿年前。其原因是气压低，火星上没有降水，导致侵蚀速度非常缓慢。然而，情况并非总是如此。

火星表面有明显的沟渠和通道，许多科学家认为液态水常常流过它们。通过将它们与地球上的类似特征进行比较，可以认为它们至少部分地由水蚀形成。其中一些通道相当大，长达2,000公里，宽100公里。

因此，虽然它们今天看起来完全不同，但地球和火星曾经非常相似。并且在两个行星上都发生了类似的地质过程，使它们具有它们目前所具有的各种地形。

气氛和温度：

大气压力和温度是地球和火星完全不同的另一种方式。地球有一个由五个主要层组成的密集大气层 - 对流层，平流层，中间层，热层和外层。相比之下，火星非常薄，压力范围为0.4-0.87千帕 - 相当于海平面地球的1％左右。

地球大气层也主要由氮气（78％）和氧气（21％）以及微量浓度的水蒸气，二氧化碳和其他气体分子组成。火星'由96％的二氧化碳，1.93％的氩气和1.89％的氮气以及微量的氧气和水组成。最近的调查还发现了痕量的甲烷，估计浓度约为十亿分之30（ppb）。

因此，地球和火星的平均表面温度之间存在相当大的差异。在地球上，它大约是14°C，由于地理区域，海拔和一年中的时间变化很大。在伊朗卢特沙漠，地球上有史以来最热的温度是70.7°C（159°F），而在南极高原的苏联沃斯托克火车站，最冷的温度是-89.2°C（-129°F）。

由于其稀薄的气氛和与太阳的距离更远，火星的表面温度更低，平均温度为-46°C（-51°F）。然而，由于其倾斜的轴和轨道偏心，火星也经历了相当大的温度变化。这些可以在冬季极地时以-143°C（-225.4°F）的低温形式看到，而在夏季和赤道中午则可以看到35°C（95°F）的高温。

火星的气氛也很尘埃，含有直径1.5微米的颗粒，这使得火星天空从表面看起来呈黄褐色。这个星球也经历了沙尘暴，它可以变成类似小龙卷风的东西。当灰尘吹入大气并从太阳升温时，会发生较大的沙尘暴。

基本上，地球的气氛浓郁，富含氧气和水蒸气，而且通常温暖，有利于生命。与此同时，火星一般都很冷，但有时会变得很温暖。它也很干燥，很脏。

磁场：

说到磁场，地球和火星彼此形成鲜明对比。在地球上，地球内核旋转产生的发电机效应，相对于行星的旋转，产生的电流被认为是其磁场的来源。正如我们所知，这一领域的存在对地球的大气层和地球上的生命都至关重要。

从本质上讲，地球的磁层可以使大部分太阳风的带电粒子偏转，否则会剥离臭氧层并使地球暴露在有害辐射之下。该场的强度范围在约25,000至65,000纳米组织（nT）或0.25-0.65高斯单位（G）之间。

地球的轴向倾斜或倾斜度及其与旋转轴和轨道平面的关系图片来源Wikipedia Commons

今天，火星在地球的各个区域都有弱磁场，这些区域似乎是磁层的残余。这些油田首先由火星全球测量师测量，这表明不同强度的区域最多测量1500 nT（比地球的重量减少约16-40倍）。在北部低地，深冲击盆地和Tharsis火山省，场强非常低。但是在古老的南部地壳中，不受巨大冲击和火山活动的干扰，场地强度更高。

这似乎表明火星过去有一个磁层，并且解释它如何失去它。一些人认为，在重型轰炸过程中，它与大部分火星的大气层一起受到了巨大冲击。据推测，这种影响也会扰乱火星铁芯中的热流，从而阻止可能产生磁场的发电机效应。

另一个基于美国国家航空航天局研究火星大气层的MAVEN任务的理论认为，火星在较小的行星冷却时失去了它的磁层，导致它的发电效应在大约42亿年前停止。在接下来的几亿年中，太阳强大的太阳风将粒子从未受保护的火星大气层中剥离出来，速度比现在大100到1000倍。这反过来又导致火星失去其表面存在的液态水，因为环境变得越来越冷，干燥，不适合居住。

卫星：

地球和火星的相似之处在于它们都有卫星绕轨道运行。在地球的情况下，这正是月球，我们唯一的天然卫星和地球潮汐的来源。它的存在自史前时代就已为人所知，它在所有人类文化的神话和天文传统中发挥了重要作用。此外，在评估其他卫星时，其尺寸，质量和其他特性被用作参考点。

月球是太阳系中最大的自然卫星之一，也是那些密度已知的卫星（在木星的卫星Io之后）的第二密度卫星。它的直径为3,474.8千米，是地球直径的四分之一; 在7.3477×10 22 kg时，其质量是地球质量的1.2％。它的平均密度为3.3464 g / cm 3，相当于地球的约0.6。所有这一切导致我们的月球拥有的重力大约是地球强度的16.54％（也就是1.62米/秒2）。

月球在地球轨道上变化，从近地点的362,600公里到远地点的405,400公里。和太阳系内大多数已知的卫星一样，月球的恒星旋转周期（27.32天）与其轨道周期相同。这意味着月亮与地球完全锁定，一边朝向我们，另一边朝向我们。

由于对被带回地球的月球岩石的检查，主要理论认为月球是在大约45亿年前由地球与火星大小的物体（称为Theia）之间的碰撞产生的。这次碰撞造成了巨大的碎片云，它们开始在我们的星球上盘旋，最终聚合形成我们今天看到的月球。

艺术家对火星内部的印象图片来源NASA / JPL

火星有两颗小卫星，Phobos和Deimos。这些卫星是在1877年由天文学家Asaph Hall发现的，并以神话人物的名字命名。为了与从古典神话中获得名字的传统保持一致，Phobos和Deimos是战神的儿子 - 战神的希腊神启发了罗马神火星。Phobos代表恐惧而Deimos代表恐惧或恐惧。

火卫一的直径大约为22公里（14英里），当它处于近地点（最接近火星）时火星的距离为9,234.42公里，而当它处于远点（最远）时则为9,517.58公里。在这个距离，Phobos低于同步高度，这意味着火星轨道只需要7个小时，并逐渐靠近地球。科学家们估计，在1000万到5000万年之间，Phobos可能会撞击火星的表面，或者分裂成地球周围的环形结构。

与此同时，Deimos的行程约为12公里（7.5英里），行星的轨道距离为23,455.5公里（近地点）和23,470.9公里（远点）。它的轨道周期较长，需要1.26天才能在地球周围完成一次完整的旋转。火星可能有额外的卫星直径小于50-100米（160至330英尺），预计在火卫一和Deimos之间会有一个防尘圈。

科学家认为，这两颗卫星曾经是行星引力所捕获的小行星。两颗卫星的低反照率和碳质球粒陨石组成 - 类似于小行星 - 支持这一理论，而Phobos的不稳定轨道似乎暗示了最近的捕获。然而，两个卫星在赤道附近都有圆形轨道，这对于捕获的物体来说是不寻常的。

因此，虽然地球上有一颗相当大而密集的卫星，但是火星有两颗小而且在相对近距离的轨道上运行的卫星。虽然月球是在相当严重的碰撞后由地球自身的碎片形成的，但是火星的卫星很可能被捕获了小行星。

简而言之，与地球相比，火星是一个非常小，干燥，寒冷和尘土飞扬的星球。它具有相对较低的重力，非常小的气氛和无透气。事实上，这些年也很长，几乎是地球的两倍。然而，这个星球确实有相当多的水（虽然大部分是冰形），具有类似于地球的季节性循环，类似的温度变化，以及几乎同样长的一天。

如果人类想要住在那里，所有这些因素都必须得到解决。虽然有些可以使用，但其他人必须克服或适应。为此，我们将不得不非常依赖我们的技术（即地形和地球工程）。祝那些有意在某天冒险的人，以及不打算回家的人好运！