水义氢水科普氢原子
科普中国 | 本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核
审阅专家 杜强
氢原子即氢元素的原子。氢原子模型是电中性的，原子含有一个正价的质子与一个负价的电子，他们被库仑定律束缚于原子内。氢只有三种同位素：氕(P)原子核内有1个质子，无中子，丰度为99.98%；氘(D)（又叫重氢） ，原子核内有1个质子，1个中子，丰度0.016%；氚(T)（又叫超重氢），原子核内有1个质子，2个中子，丰度0.004%。
中文名
氢原子
外文名
hydrogen atom
原子量
1.007 84; 1.008 11
含义
氢元素的原子
构成
一个质子、一个电子
相关视频
5139播放|00:46
氢原子里边到底什么样子？
1.1万播放|01:18
水的化学式是啥？一个水分子含有两个氢原子，还有一个氧原子
6532播放|01:32
如何理解氢原子光谱
5088播放|02:02
宇宙爆炸初期的景象，氢原子构成了万物的基础，各种元素诞生！
5077播放|03:00
一滴水有4万亿亿氢原子，但和普朗克单位相比，氢原子如宇宙般大
1.2万播放|01:03
快速了解H原子#星知计划#
5000播放|02:49
“微不足道”的氢原子，可让舰艇一裂为二，是什么原理？
6562播放|07:17
「坤哥物理」坤哥带你梳理氢原子能级、跃迁的定量计算
5000播放|02:34
神奇的化学反应，常见的氢原子，为什么可以让太阳产生巨大的能量
8262播放|01:40
氢原子的能级的结论
快速
导航
简介电子轨道图稳定性表格比较参阅
历史
1913 年，尼尔斯·玻耳在做了一些简化的假设后，计算出氢原子的光谱频率。这些假想，玻尔模型的基石，并不是完全的正确，但是可以得到正确的能量答案。[1]
1925/26 年，埃尔文·薛定谔应用他发明的薛定谔方程，以严谨的量子力学分析，清楚地解释了玻尔答案正确的原因。氢原子的薛定谔方程的解答是一个解析解，也可以计算氢原子的能级与光谱谱线的频率。薛定谔方程的解答比玻尔模型更为精确，能够得到许多电子量子态的波函数（轨道），也能够解释化学键的各向异性。
简介
氢原子是氢元素的原子。电中性的原子含有一个正价的质子与一个负价的电子，被库仑定律束缚于原子核内。在大自然中，氢原子是丰度最高的同位素，称为氢，氢-1，或氕。氢原子不含任何中子，别的氢同位素含有一个或多个中子。这条目主要描述氢-1 。[2]
氢原子拥有一个质子和一个电子，是一个的简单的二体系统。系统内的作用力只跟二体之间的距离有关，是反平方有心力，不需要将这反平方有心力二体系统再加理想化，简单化。描述这系统的（非相对论性的）薛定谔方程有解析解，也就是说，解答能以有限数量的常见函数来表达。满足这薛定谔方程的波函数可以完全地描述电子的量子行为。因此可以这样说，在量子力学里，没有比氢原子问题更简单，更实用，而又有解析解的问题了。所推演出来的基本物理理论，又可以用简单的实验来核对。所以，氢原子问题是个很重要的问题。
另外，理论上薛定谔方程也可用于求解更复杂的原子与分子。但在大多数的案例中，皆无法获得解析解，而必须藉用电脑(计算机)来进行计算与模拟，或者做一些简化的假设，方能求得问题的解析解。
电子轨道图
概述图显示出能量最低的几个氢原子轨道（能量本征函数）。横向展示不同的角量子数 (l) ,竖向展示不同的能级 (n) 。
这些是概率密度的截面的绘图。图内各种颜色的亮度代表不同的概率密度（黑色：0 概率密度，白色：最高概率密度）。角量子数 l ，以通常的光谱学代码规则，标记在每一个纵排的最上端。s 意指l=0，p 意指 l=1 ，d意指 l=2。主量子数
标记在每一个横排的最右端。磁量子数m被设定为 0 。截面是 xz-平面（ z-轴是纵轴）。将绘图绕着 z-轴旋转，则可得到三维空间的概率密度。
电子的概率密度绘图
基态是最低能级的量子态，也是电子最常找到的量子态，标记为1s态，n=1, l=0}。
特别注意，在每一个轨道的图片内，黑线出现的次数。这些二维空间黑线，在三维空间里，是节面(nodal plane) 。节面的数量等于 n-1}，是径向节数（ n-l-1 ）与角节数（ l ）的总和。
稳定性
思考氢原子稳定性问题，应用经典电动力学来分析，则由于库仑力作用，束缚电子会被原子核吸引，呈螺线运动掉入原子核，同时辐射出无穷大能量，因此原子不具有稳定性。但是，在大自然里这虚拟现象实际并不会发生。那么，为什么氢原子的束缚电子不会掉入原子核里？应用量子力学，可以计算出氢原子系统的基态能量大于某有限值，称这结果为满足“第一种稳定性条件”，即氢原子的基态能量E0大于某有限值：
量子力学的海森堡不确定性原理可以用来启发性地说明这问题，电子越接近原子核，电子动能越大。但是海森堡不确定性原理不能严格给出数学证明，有些特别案例不能满足第一种稳定性条件，因为{\displaystyle \Delta x}量度的是波函数的半宽度，而不是波函数集聚于原子核附近的程度，所以波函数可以拥有一定的半宽度，并且极度集聚于原子核附近，造成库仑势能趋于
，同时维持有限的动能。
更详细分析起见，只考虑类氢原子系统，给定原子的原子序Z ，原子的能量 E为
其中， T 为动能，V为势能，
为描述类氢原子系统的波函数， x为位置坐标，
为积分体积。
应用索博列夫不等式，经过一番运算，可以得到能量最大下界为。
其中， Ry是能量单位里德伯，大约为13.6eV。
总结，类氢原子满足第一种稳定性条件这结果。
表格比较
相邻较轻同位素:
(没有, 最轻的)
氢原子是
氢的同位素
相邻较重同位素:
氢-2
母同位素：
自由中子
氦-2
氢原子的
衰变链
衰变产物为
（稳定）
参阅
氘
氚
氢原子光谱
21公分线
量子化学
类氢原子
球对称位势
拉普拉斯-龙格-楞次矢量 https://t.cn/R2WxT6z
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氢原子即氢元素的原子。氢原子模型是电中性的，原子含有一个正价的质子与一个负价的电子，他们被库仑定律束缚于原子内。氢只有三种同位素：氕(P)原子核内有1个质子，无中子，丰度为99.98%；氘(D)（又叫重氢） ，原子核内有1个质子，1个中子，丰度0.016%；氚(T)（又叫超重氢），原子核内有1个质子，2个中子，丰度0.004%。
中文名
氢原子
外文名
hydrogen atom
原子量
1.007 84; 1.008 11
含义
氢元素的原子
构成
一个质子、一个电子
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氢原子里边到底什么样子？
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水的化学式是啥？一个水分子含有两个氢原子，还有一个氧原子
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如何理解氢原子光谱
5088播放|02:02
宇宙爆炸初期的景象，氢原子构成了万物的基础，各种元素诞生！
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一滴水有4万亿亿氢原子，但和普朗克单位相比，氢原子如宇宙般大
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“微不足道”的氢原子，可让舰艇一裂为二，是什么原理？
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「坤哥物理」坤哥带你梳理氢原子能级、跃迁的定量计算
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神奇的化学反应，常见的氢原子，为什么可以让太阳产生巨大的能量
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氢原子的能级的结论
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简介电子轨道图稳定性表格比较参阅
历史
1913 年，尼尔斯·玻耳在做了一些简化的假设后，计算出氢原子的光谱频率。这些假想，玻尔模型的基石，并不是完全的正确，但是可以得到正确的能量答案。[1]
1925/26 年，埃尔文·薛定谔应用他发明的薛定谔方程，以严谨的量子力学分析，清楚地解释了玻尔答案正确的原因。氢原子的薛定谔方程的解答是一个解析解，也可以计算氢原子的能级与光谱谱线的频率。薛定谔方程的解答比玻尔模型更为精确，能够得到许多电子量子态的波函数（轨道），也能够解释化学键的各向异性。
简介
氢原子是氢元素的原子。电中性的原子含有一个正价的质子与一个负价的电子，被库仑定律束缚于原子核内。在大自然中，氢原子是丰度最高的同位素，称为氢，氢-1，或氕。氢原子不含任何中子，别的氢同位素含有一个或多个中子。这条目主要描述氢-1 。[2]
氢原子拥有一个质子和一个电子，是一个的简单的二体系统。系统内的作用力只跟二体之间的距离有关，是反平方有心力，不需要将这反平方有心力二体系统再加理想化，简单化。描述这系统的（非相对论性的）薛定谔方程有解析解，也就是说，解答能以有限数量的常见函数来表达。满足这薛定谔方程的波函数可以完全地描述电子的量子行为。因此可以这样说，在量子力学里，没有比氢原子问题更简单，更实用，而又有解析解的问题了。所推演出来的基本物理理论，又可以用简单的实验来核对。所以，氢原子问题是个很重要的问题。
另外，理论上薛定谔方程也可用于求解更复杂的原子与分子。但在大多数的案例中，皆无法获得解析解，而必须藉用电脑(计算机)来进行计算与模拟，或者做一些简化的假设，方能求得问题的解析解。
电子轨道图
概述图显示出能量最低的几个氢原子轨道（能量本征函数）。横向展示不同的角量子数 (l) ,竖向展示不同的能级 (n) 。
这些是概率密度的截面的绘图。图内各种颜色的亮度代表不同的概率密度（黑色：0 概率密度，白色：最高概率密度）。角量子数 l ，以通常的光谱学代码规则，标记在每一个纵排的最上端。s 意指l=0，p 意指 l=1 ，d意指 l=2。主量子数
标记在每一个横排的最右端。磁量子数m被设定为 0 。截面是 xz-平面（ z-轴是纵轴）。将绘图绕着 z-轴旋转，则可得到三维空间的概率密度。
电子的概率密度绘图
基态是最低能级的量子态，也是电子最常找到的量子态，标记为1s态，n=1, l=0}。
特别注意，在每一个轨道的图片内，黑线出现的次数。这些二维空间黑线，在三维空间里，是节面(nodal plane) 。节面的数量等于 n-1}，是径向节数（ n-l-1 ）与角节数（ l ）的总和。
稳定性
思考氢原子稳定性问题，应用经典电动力学来分析，则由于库仑力作用，束缚电子会被原子核吸引，呈螺线运动掉入原子核，同时辐射出无穷大能量，因此原子不具有稳定性。但是，在大自然里这虚拟现象实际并不会发生。那么，为什么氢原子的束缚电子不会掉入原子核里？应用量子力学，可以计算出氢原子系统的基态能量大于某有限值，称这结果为满足“第一种稳定性条件”，即氢原子的基态能量E0大于某有限值：
量子力学的海森堡不确定性原理可以用来启发性地说明这问题，电子越接近原子核，电子动能越大。但是海森堡不确定性原理不能严格给出数学证明，有些特别案例不能满足第一种稳定性条件，因为{\displaystyle \Delta x}量度的是波函数的半宽度，而不是波函数集聚于原子核附近的程度，所以波函数可以拥有一定的半宽度，并且极度集聚于原子核附近，造成库仑势能趋于
，同时维持有限的动能。
更详细分析起见，只考虑类氢原子系统，给定原子的原子序Z ，原子的能量 E为
其中， T 为动能，V为势能，
为描述类氢原子系统的波函数， x为位置坐标，
为积分体积。
应用索博列夫不等式，经过一番运算，可以得到能量最大下界为。
其中， Ry是能量单位里德伯，大约为13.6eV。
总结，类氢原子满足第一种稳定性条件这结果。
表格比较
相邻较轻同位素:
(没有, 最轻的)
氢原子是
氢的同位素
相邻较重同位素:
氢-2
母同位素：
自由中子
氦-2
氢原子的
衰变链
衰变产物为
（稳定）
参阅
氘
氚
氢原子光谱
21公分线
量子化学
类氢原子
球对称位势
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1986年，浙江省余杭县，考古人员兴奋地控制双手，小心剔出一小块漆皮和小玉粒时，天空忽然电闪雷鸣。没想到，考古学家高兴地对天大喊：“没错，我说得没错“，到底怎么回事？
那年的夏天，浙江省考古队在余杭县一座小山丘这里挖挖，那里铲铲，没想到还真有收获，发现了11座汉墓，可汉墓却没让考古队激动，因为他们此行的主要目标，是来探寻这山丘下的“地下宝库”的？
这座不起眼的小山，会有啥宝贝呢？
如果不是考古发现，别说这个不起眼的土堆，大约位置在雉山村西边，当时只有几户人家，上山只有一条小路，本来安静的小村，怎会被考古队关注呢？
契机是当地一个工厂转产，选中了这个土堆取土。考古队收到消息后，立刻到当地勘察，在认真地勘察中，发现了几块良渚文化的陶片。从山上的泥土断定，这山丘不是自然形成，而是人工堆建的。
当时为了保护这里，立刻申请了考古发掘，不久在5月下旬考古发掘正式进行，本来踌躇满志的考古队员，没想到一开始就遇上了难题，原来他们耐心的挖了三天，铲走了90CM深的泥土，竟然毫无所获。
第四天，一位考古专家来访，认为他们挖错方向。负责考古工作的队长，凭借经验分析，自信没有挖错方向。
可是此前浙江境内也没发现过大型良渚古墓，所以谁也不知道要挖多深，要挖那个方向，而几天过去毫无所获，给考古队带来了压力。
到了第五天，闷热的天气中，一个考古队员清出一小块漆皮和小玉粒土块，顺着这个发现很快便剔更大块的朱红色的漆皮和小玉粒，这个发现让他们记兴奋又激动，
可忽然天空一阵电闪雷鸣，骤风大雨即将到来，赶紧用尼龙布和土遮盖住，在雨落下的一刻，队长对着天空大吼一句，“没错，我说的没错“
本来以为这雨下一阵子就过去了，可没想到却下了两天，是否天意在阻止他们继续发掘王陵呢？
又过了三天，到了六月初，雨过天晴后，考古工作进入快速的发掘阶段，为了加快进度，考古队绝对，每人负责一座古墓，而搬运泥土的事，则由临时请的老乡帮忙，就此对十多座古墓利用“悬空操作法“同时进行了清理，
这期间的清理，每个人都趴在木板上，艰辛程度让每个人都腰酸背痛，既兴奋又无奈的是，古墓的随葬品好像怎么都剔不完，每天夜里很疲惫的时候，他们看了一下琳琅满目的文物，好像又忘记了疲劳，第二天又继续埋头工作。
这座古墓肯定为良渚文化的遗址，已经具有5000多年的历史，为了保护文物，所以一律不用金属工具，队员仅用竹片削成工具，小心清除泥土。这样一来进度不但非常慢，
但考古人员，依靠毅力咬牙坚持工作，经过了百多个日夜的紧张发掘，终于整理清理出1273件(组)文物，其中大部分是玉器。
谁也没想到，在这次艰辛的考古中，竟然偶然发现一件国宝级的文物，良渚“玉琮王”，这件文物刚被发掘出来的时候，其实并不起眼，仅仅只是其体积和尺寸较大，但是由于它摆放的位置，墓主关骨的左下方位置，古人以左为尊贵，当时仅仅知道它贵重，就小心翼翼的将它剔出，
当时因为是户外考古，无论是光线和环境，也无法让众人去慢慢研究发掘它，可到了考古研究院后，专家通过仪器检测“玉琮王”时，就发现许多让人震惊不已的细节，
玉琮高8.9CM，宽17.1－17.6厘米，外径5CM，内径3.8CM。重达6500克，由于它体积大和造型独特，纹理复杂而被专家定名为良渚“玉琮王”，是良渚文化的意见瑰宝。
玉琮被打磨成近圆柱体，各面都有雕刻着一个完整的良渚图腾。图腾的两边还雕刻有浅浮雕纹。玉器造型，为一个扁矮的方柱，外方内圆，下端能发现因为取玉料时，形成的凹缺。
玉琮的四面，中间出现一个直槽，将横槽一分为二，横槽又继续刻画出许多节，在直槽内，上下都琢刻良渚图腾，四面共共八个图腾，而这些图腾的线条，都是采用浅浮雕和细线刻技法雕琢。
特别的地方，是玉琮的转角处，每两节就会琢刻一组神人兽面纹图腾，两两对称，四平八稳。这个图腾人面，眼圆，有重圈，嘴阔。弧线勾画出圆胖脸型的两颊轮廓。顶上冠状装饰。而这些图腾是良渚文化纹饰的特征。在图腾的两侧各雕刻还雕刻了夸张的鸟形图案。
让人惊叹的是，玉琮纹饰竟然出现了卷云纹、直线、弧线，刻画，可以说细节极其繁缛，对称工整，匠心独具。此前玉琮从来没有发现，四面都布满了如此精细的图腾的，并且经过仪器测量，发现图腾的雕刻，竟然细如毫发，最细的地方，仅为一毫米，凭借眼睛极难辨识，
神人、兽面和鸟纹的组合纹饰，被认为是良渚最珍贵的图腾，专家称其为神徽，这件玉器是至今发现良渚玉琮里面，尺寸最大、体积最重、制作最精细的，同时也是中华新石器时代文化玉琮之首。让后世几乎望尘莫及，故称“玉琮王”。
#这就是中国风# #出道吧新星#
那年的夏天，浙江省考古队在余杭县一座小山丘这里挖挖，那里铲铲，没想到还真有收获，发现了11座汉墓，可汉墓却没让考古队激动，因为他们此行的主要目标，是来探寻这山丘下的“地下宝库”的？
这座不起眼的小山，会有啥宝贝呢？
如果不是考古发现，别说这个不起眼的土堆，大约位置在雉山村西边，当时只有几户人家，上山只有一条小路，本来安静的小村，怎会被考古队关注呢？
契机是当地一个工厂转产，选中了这个土堆取土。考古队收到消息后，立刻到当地勘察，在认真地勘察中，发现了几块良渚文化的陶片。从山上的泥土断定，这山丘不是自然形成，而是人工堆建的。
当时为了保护这里，立刻申请了考古发掘，不久在5月下旬考古发掘正式进行，本来踌躇满志的考古队员，没想到一开始就遇上了难题，原来他们耐心的挖了三天，铲走了90CM深的泥土，竟然毫无所获。
第四天，一位考古专家来访，认为他们挖错方向。负责考古工作的队长，凭借经验分析，自信没有挖错方向。
可是此前浙江境内也没发现过大型良渚古墓，所以谁也不知道要挖多深，要挖那个方向，而几天过去毫无所获，给考古队带来了压力。
到了第五天，闷热的天气中，一个考古队员清出一小块漆皮和小玉粒土块，顺着这个发现很快便剔更大块的朱红色的漆皮和小玉粒，这个发现让他们记兴奋又激动，
可忽然天空一阵电闪雷鸣，骤风大雨即将到来，赶紧用尼龙布和土遮盖住，在雨落下的一刻，队长对着天空大吼一句，“没错，我说的没错“
本来以为这雨下一阵子就过去了，可没想到却下了两天，是否天意在阻止他们继续发掘王陵呢？
又过了三天，到了六月初，雨过天晴后，考古工作进入快速的发掘阶段，为了加快进度，考古队绝对，每人负责一座古墓，而搬运泥土的事，则由临时请的老乡帮忙，就此对十多座古墓利用“悬空操作法“同时进行了清理，
这期间的清理，每个人都趴在木板上，艰辛程度让每个人都腰酸背痛，既兴奋又无奈的是，古墓的随葬品好像怎么都剔不完，每天夜里很疲惫的时候，他们看了一下琳琅满目的文物，好像又忘记了疲劳，第二天又继续埋头工作。
这座古墓肯定为良渚文化的遗址，已经具有5000多年的历史，为了保护文物，所以一律不用金属工具，队员仅用竹片削成工具，小心清除泥土。这样一来进度不但非常慢，
但考古人员，依靠毅力咬牙坚持工作，经过了百多个日夜的紧张发掘，终于整理清理出1273件(组)文物，其中大部分是玉器。
谁也没想到，在这次艰辛的考古中，竟然偶然发现一件国宝级的文物，良渚“玉琮王”，这件文物刚被发掘出来的时候，其实并不起眼，仅仅只是其体积和尺寸较大，但是由于它摆放的位置，墓主关骨的左下方位置，古人以左为尊贵，当时仅仅知道它贵重，就小心翼翼的将它剔出，
当时因为是户外考古，无论是光线和环境，也无法让众人去慢慢研究发掘它，可到了考古研究院后，专家通过仪器检测“玉琮王”时，就发现许多让人震惊不已的细节，
玉琮高8.9CM，宽17.1－17.6厘米，外径5CM，内径3.8CM。重达6500克，由于它体积大和造型独特，纹理复杂而被专家定名为良渚“玉琮王”，是良渚文化的意见瑰宝。
玉琮被打磨成近圆柱体，各面都有雕刻着一个完整的良渚图腾。图腾的两边还雕刻有浅浮雕纹。玉器造型，为一个扁矮的方柱，外方内圆，下端能发现因为取玉料时，形成的凹缺。
玉琮的四面，中间出现一个直槽，将横槽一分为二，横槽又继续刻画出许多节，在直槽内，上下都琢刻良渚图腾，四面共共八个图腾，而这些图腾的线条，都是采用浅浮雕和细线刻技法雕琢。
特别的地方，是玉琮的转角处，每两节就会琢刻一组神人兽面纹图腾，两两对称，四平八稳。这个图腾人面，眼圆，有重圈，嘴阔。弧线勾画出圆胖脸型的两颊轮廓。顶上冠状装饰。而这些图腾是良渚文化纹饰的特征。在图腾的两侧各雕刻还雕刻了夸张的鸟形图案。
让人惊叹的是，玉琮纹饰竟然出现了卷云纹、直线、弧线，刻画，可以说细节极其繁缛，对称工整，匠心独具。此前玉琮从来没有发现，四面都布满了如此精细的图腾的，并且经过仪器测量，发现图腾的雕刻，竟然细如毫发，最细的地方，仅为一毫米，凭借眼睛极难辨识，
神人、兽面和鸟纹的组合纹饰，被认为是良渚最珍贵的图腾，专家称其为神徽，这件玉器是至今发现良渚玉琮里面，尺寸最大、体积最重、制作最精细的，同时也是中华新石器时代文化玉琮之首。让后世几乎望尘莫及，故称“玉琮王”。
#这就是中国风# #出道吧新星#
#火星——一颗被水统治的星球#
最近，#祝融号火星车#结束了“日凌”期的待命状态，继续在火星表面探索的勤恳工作。各路关于天问一号和祝融号的科普已经很多了，不过，还是会有很多朋友问我：你们这群搞地球科学的人鼓捣火星做什么？
最后这个话题就会指向一个有趣的问题：#火星上能种土豆吗？#
换句话说，火星上有没有生命赖以繁衍的水？针对这个问题，国内外大批地学工作者，基于不同的视角开展研究。而根据近20年来国内外的研究成果来看，火星——截然不同于我们对其的印象——是一颗被水统治的星球。
No.1 火星水纪元——诺亚纪
诺亚纪得名于火星上的诺亚平原，诺亚平原的名字则来自于诺亚方舟与洪水的故事。
在41亿年以前，彼时的太阳系一片混乱。八大行星刚刚形成，还没有完全清空自己的轨道。幼年期的行星每天都要遭遇小行星的撞击，这些撞击在岩石行星的地表上留下了岁月的刻痕，但也同时壮大了这些行星，赋予他们额外的生机。
彼时的地球还没有孕育出生命，狂暴的火山和翻卷的海洋伴随着天空中燃烧的陨星一同呼啸。在数百万公里之外的火星，几乎相同的一幕也正在上演。
这就是火星的诺亚纪，开始于约41亿年前，结束于约37亿年前。其起始时间并不十分明确，这是因为早于此时间的火星地表记录几乎全部被后来的地质事件覆盖了。在这个纪元之中，火星被陨石密集轰炸，火山密布，气候温和，甚至可能有着水循环的条件。（如图2，这是想象图哦~）
诺亚纪的具体时限主要根据太阳系中普遍存在的晚期大轰炸事件。诺亚纪火星上的陨石坑密集且规模更大，同时还存在着高频次的侵蚀事件，形成了大量的河谷。风化剥蚀，特别是有水参与的风化剥蚀在该时期尤其明显。诺亚纪火星的沉积记录有很多硅酸盐，这显示，这段时期的火星海洋（假如真的有广泛的海洋的话）可能和地球孕育生命的海洋一样，是呈碱性的。
你几乎可以不加修改地，将地球形成早期那些场景套用在这个时候的火星上——湿润且浓厚的大气层中电闪雷鸣，陨石划过天空，拖着浓郁的尘烟；大地在颤抖，火山在轰鸣，川流不息的大河汇入波涛汹涌的大海，在火星的表面塑造出血管一般的沟壑，昭示着这颗星球勃发的生机。
诺亚纪火星代表性的地貌景观就是大而多的撞击坑和河谷网络。
但今天，胜景不再，就算是诺亚纪的遗址，也已经不多了。
No.2 冰与火——西方纪
西方纪，亦翻译为赫斯珀利亚纪（Hesperian），Hesperian是一个希腊-拉丁诗的术语，意为“西方的土地”。西方纪得名于赫斯珀利亚高原（Hesperia Planum），起始于约37亿年，结束于约30亿年。
西方纪与诺亚纪的最重要分野，就是陨石撞击事件频率和规模的骤减，西方纪的撞击坑显著地又小又少，这是因为席卷整个太阳系类地行星的“晚期大撞击事件”渐入尾声。但与此同时，火星的气候似乎也发生了变化。
在诺亚纪的晚期和西方纪的早期，火星沉积物渐渐从碱性变为酸性。从原来以页硅酸盐为主转变为以硫酸盐为主。这种转变很可能来自于硫等挥发分的快速分异去气过程，反映了火星表面活跃的火山活动。但不要忘了，诺亚纪的火山活动也很剧烈，为什么诺亚纪的沉积物偏碱性呢？
一种可能的解释为：在这同一时期，火星的大气层也突然变得稀薄了起来，从而加速了挥发分的逸出。火星大气层为什么会突然变稀薄？根据我们现在掌握的证据，火星的内生磁场发电机消失可能是一个最主要的因素。地球的大气层受到地球偶极磁场的保护，因此而不会被太阳风剥离。地球偶极磁场起源的最主流假说即是地球外核磁场发电机学说。因此类比地球，火星大气层的快速消失很可能是其发电机早早消失所致。目前对火星的在轨磁场测量显示，火星的内生偶极磁场已经消失。而火星地表的剩磁信息，就等待祝融号火星车的探测了。
当然，也有可能是因为火星的小身板，无法承受晚期大轰炸的众多陨石撞击，导致大气层因为陨石撞击而逸散。这就要等待更深入的研究了，最好是能派几位地质学家实地勘察。
虽然陨石撞击不再频繁剧烈，大气层也可能已经开始跑路，但火星还没有就此沉寂。逐渐封冻的海洋（也有可能自诺亚纪以来一直都是封冻的），蕴藏着一泻千里的能量。此外，太阳系最大的火山——火星奥林匹斯山，可能也形成于该时期。
再次想象这样一个场景——千里冰封的群山之中，冷不丁突然一座火山爆发。顿时，银瓶乍破水浆迸！方圆百里的冰雪同时融化，汇成这太阳系最壮观的洪水，向着悬崖峭壁直泻而下！
这其中有一道裂谷，艾彻斯裂谷（Echus Chasma），落差更是可以达到4千米，可能在短短数周时间之内，就有3500亿立方米的水从这里倾泻而下！这相当于长江小半年的入海水量！（如图7，还是想象图）
一部分地质学家认为，西方纪火星整体依然存在大量的水，但这些水并不常以液态存在，只有在遭遇火山或陨石等局部事件时，才会融化为液态流水，在塑造地表的同时携带着沉积物奔流不止。
西方纪火星代表性的地貌为间歇性的海洋和峡谷为主，硫酸盐沉积物在其中广泛分布。
不过，诺亚纪和西方纪的丰饶的水资源，最终几乎销声匿迹，我们今天观测到的火星，是一副干旱，死寂的模样——这又是怎么了？
No.3 人间蒸发——亚马逊纪
亚马逊纪是火星的第三个纪，是火星地质年代里最长的一个纪。亚马逊纪得名于火星的亚马逊平原（Amazonis Planitia），但火星的这个亚马逊平原截然不同于地球的亚马逊平原，没有枝叶茂盛的热带丛林，水也在渐渐干涸。亚马逊纪，火星的板块运动、火山活动以及陨石活动都趋于平静，其中火山活动强度大约只有西方纪的十分之一，主要表现为Tharsis和Elysium两座火山的活动。此外，相较于亚纪和西方纪早期，火星的风化剥蚀速率降低很多。
正是由于亚马逊纪火星板块运动、火山活动等“热活动”的微弱，冰活动(包括冰川和冻土)，尤其是中高纬度的冰活动就十分突出了。火星冰活动相关的地貌往往显示了不算太遥远的历史，更古老一些的地貌很容易周期性地消失。由于亚马逊纪是火星最长的纪，冰活动在整个火星的地貌塑造上很可能起到了重要的作用。
亚马逊纪，火星地貌大部分都与水的存在、积累和搬运有关，表现为极地冰盖，雪线的进退，冻土融化形成的图案、冰川剥蚀等形式。虽然火星上的冰与水正在慢慢消失，但戏份却变多了。
当然，到了更接近现在的年代，火星上已经很难找到水了，地表沉积的矿物也开始以铁质的成份主导，颜色以铁红色为主。
No.4 回到未来——找个地方种土豆
记得早在两年前，小编曾经一本正经地讨论过如何在火星种土豆以及安全地生存下去。两年过去了，小编对这个问题有了更深的理解。越来越多的证据证明，火星的问题不是有没有水，而是曾经那主宰火星表面的水都到哪里去了的问题。
对一颗星球而言，其水资源的出现、丰度和时空分布规律，是研究其行星宜居性的最重要问题之一。在人类全面迈入宇航时代之前，这是必须掌握的知识。
曾经的火星湿润丰饶，现在的火星干旱死寂，这中间到底经历了怎样的演化过程？火星表面的地层记录了完整的行星诞生-发展-消亡过程，等待我们去解读。（来源：中科院地球地质所 愿开心）
最近，#祝融号火星车#结束了“日凌”期的待命状态，继续在火星表面探索的勤恳工作。各路关于天问一号和祝融号的科普已经很多了，不过，还是会有很多朋友问我：你们这群搞地球科学的人鼓捣火星做什么？
最后这个话题就会指向一个有趣的问题：#火星上能种土豆吗？#
换句话说，火星上有没有生命赖以繁衍的水？针对这个问题，国内外大批地学工作者，基于不同的视角开展研究。而根据近20年来国内外的研究成果来看，火星——截然不同于我们对其的印象——是一颗被水统治的星球。
No.1 火星水纪元——诺亚纪
诺亚纪得名于火星上的诺亚平原，诺亚平原的名字则来自于诺亚方舟与洪水的故事。
在41亿年以前，彼时的太阳系一片混乱。八大行星刚刚形成，还没有完全清空自己的轨道。幼年期的行星每天都要遭遇小行星的撞击，这些撞击在岩石行星的地表上留下了岁月的刻痕，但也同时壮大了这些行星，赋予他们额外的生机。
彼时的地球还没有孕育出生命，狂暴的火山和翻卷的海洋伴随着天空中燃烧的陨星一同呼啸。在数百万公里之外的火星，几乎相同的一幕也正在上演。
这就是火星的诺亚纪，开始于约41亿年前，结束于约37亿年前。其起始时间并不十分明确，这是因为早于此时间的火星地表记录几乎全部被后来的地质事件覆盖了。在这个纪元之中，火星被陨石密集轰炸，火山密布，气候温和，甚至可能有着水循环的条件。（如图2，这是想象图哦~）
诺亚纪的具体时限主要根据太阳系中普遍存在的晚期大轰炸事件。诺亚纪火星上的陨石坑密集且规模更大，同时还存在着高频次的侵蚀事件，形成了大量的河谷。风化剥蚀，特别是有水参与的风化剥蚀在该时期尤其明显。诺亚纪火星的沉积记录有很多硅酸盐，这显示，这段时期的火星海洋（假如真的有广泛的海洋的话）可能和地球孕育生命的海洋一样，是呈碱性的。
你几乎可以不加修改地，将地球形成早期那些场景套用在这个时候的火星上——湿润且浓厚的大气层中电闪雷鸣，陨石划过天空，拖着浓郁的尘烟；大地在颤抖，火山在轰鸣，川流不息的大河汇入波涛汹涌的大海，在火星的表面塑造出血管一般的沟壑，昭示着这颗星球勃发的生机。
诺亚纪火星代表性的地貌景观就是大而多的撞击坑和河谷网络。
但今天，胜景不再，就算是诺亚纪的遗址，也已经不多了。
No.2 冰与火——西方纪
西方纪，亦翻译为赫斯珀利亚纪（Hesperian），Hesperian是一个希腊-拉丁诗的术语，意为“西方的土地”。西方纪得名于赫斯珀利亚高原（Hesperia Planum），起始于约37亿年，结束于约30亿年。
西方纪与诺亚纪的最重要分野，就是陨石撞击事件频率和规模的骤减，西方纪的撞击坑显著地又小又少，这是因为席卷整个太阳系类地行星的“晚期大撞击事件”渐入尾声。但与此同时，火星的气候似乎也发生了变化。
在诺亚纪的晚期和西方纪的早期，火星沉积物渐渐从碱性变为酸性。从原来以页硅酸盐为主转变为以硫酸盐为主。这种转变很可能来自于硫等挥发分的快速分异去气过程，反映了火星表面活跃的火山活动。但不要忘了，诺亚纪的火山活动也很剧烈，为什么诺亚纪的沉积物偏碱性呢？
一种可能的解释为：在这同一时期，火星的大气层也突然变得稀薄了起来，从而加速了挥发分的逸出。火星大气层为什么会突然变稀薄？根据我们现在掌握的证据，火星的内生磁场发电机消失可能是一个最主要的因素。地球的大气层受到地球偶极磁场的保护，因此而不会被太阳风剥离。地球偶极磁场起源的最主流假说即是地球外核磁场发电机学说。因此类比地球，火星大气层的快速消失很可能是其发电机早早消失所致。目前对火星的在轨磁场测量显示，火星的内生偶极磁场已经消失。而火星地表的剩磁信息，就等待祝融号火星车的探测了。
当然，也有可能是因为火星的小身板，无法承受晚期大轰炸的众多陨石撞击，导致大气层因为陨石撞击而逸散。这就要等待更深入的研究了，最好是能派几位地质学家实地勘察。
虽然陨石撞击不再频繁剧烈，大气层也可能已经开始跑路，但火星还没有就此沉寂。逐渐封冻的海洋（也有可能自诺亚纪以来一直都是封冻的），蕴藏着一泻千里的能量。此外，太阳系最大的火山——火星奥林匹斯山，可能也形成于该时期。
再次想象这样一个场景——千里冰封的群山之中，冷不丁突然一座火山爆发。顿时，银瓶乍破水浆迸！方圆百里的冰雪同时融化，汇成这太阳系最壮观的洪水，向着悬崖峭壁直泻而下！
这其中有一道裂谷，艾彻斯裂谷（Echus Chasma），落差更是可以达到4千米，可能在短短数周时间之内，就有3500亿立方米的水从这里倾泻而下！这相当于长江小半年的入海水量！（如图7，还是想象图）
一部分地质学家认为，西方纪火星整体依然存在大量的水，但这些水并不常以液态存在，只有在遭遇火山或陨石等局部事件时，才会融化为液态流水，在塑造地表的同时携带着沉积物奔流不止。
西方纪火星代表性的地貌为间歇性的海洋和峡谷为主，硫酸盐沉积物在其中广泛分布。
不过，诺亚纪和西方纪的丰饶的水资源，最终几乎销声匿迹，我们今天观测到的火星，是一副干旱，死寂的模样——这又是怎么了？
No.3 人间蒸发——亚马逊纪
亚马逊纪是火星的第三个纪，是火星地质年代里最长的一个纪。亚马逊纪得名于火星的亚马逊平原（Amazonis Planitia），但火星的这个亚马逊平原截然不同于地球的亚马逊平原，没有枝叶茂盛的热带丛林，水也在渐渐干涸。亚马逊纪，火星的板块运动、火山活动以及陨石活动都趋于平静，其中火山活动强度大约只有西方纪的十分之一，主要表现为Tharsis和Elysium两座火山的活动。此外，相较于亚纪和西方纪早期，火星的风化剥蚀速率降低很多。
正是由于亚马逊纪火星板块运动、火山活动等“热活动”的微弱，冰活动(包括冰川和冻土)，尤其是中高纬度的冰活动就十分突出了。火星冰活动相关的地貌往往显示了不算太遥远的历史，更古老一些的地貌很容易周期性地消失。由于亚马逊纪是火星最长的纪，冰活动在整个火星的地貌塑造上很可能起到了重要的作用。
亚马逊纪，火星地貌大部分都与水的存在、积累和搬运有关，表现为极地冰盖，雪线的进退，冻土融化形成的图案、冰川剥蚀等形式。虽然火星上的冰与水正在慢慢消失，但戏份却变多了。
当然，到了更接近现在的年代，火星上已经很难找到水了，地表沉积的矿物也开始以铁质的成份主导，颜色以铁红色为主。
No.4 回到未来——找个地方种土豆
记得早在两年前，小编曾经一本正经地讨论过如何在火星种土豆以及安全地生存下去。两年过去了，小编对这个问题有了更深的理解。越来越多的证据证明，火星的问题不是有没有水，而是曾经那主宰火星表面的水都到哪里去了的问题。
对一颗星球而言，其水资源的出现、丰度和时空分布规律，是研究其行星宜居性的最重要问题之一。在人类全面迈入宇航时代之前，这是必须掌握的知识。
曾经的火星湿润丰饶，现在的火星干旱死寂，这中间到底经历了怎样的演化过程？火星表面的地层记录了完整的行星诞生-发展-消亡过程，等待我们去解读。（来源：中科院地球地质所 愿开心）
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