화성은 태양계 중 4번째 행성이고, 4개의 지구형 행성 중 하나이다. 표면의 철의 산화로 붉은색을 띠기 때문에 동양권에서는 불을 뜻하는 화를 써서 화성 또는 형혹성이라고 한다. 서양권에서는 로마 신화의 전쟁의 신 마르스의 이름을 따 mars라고 부르며, 오늘날 영어에서 3월을 가리키는 march도 여기서 유래됐다고 한다. 화성과 지구의 평균 거리는 7,800만 km이며 화성의 지름은 지구의 2분의 1 정도이고, 자전 주기는 지구보다 24시간 37분 22초로 지구보다 더 길다. 화성은 붉게 타는 듯한 외형을 가지고 있는데 화성의 표면적은 지구의 4분의 1밖에 되지 않으며, 부피는 10분의 1밖에 되지 않는다. 화성은 두 개의 작은 위성 포보스와 데이모스를 가지고 있다. 이들은 늘 달 쪽으로 같은 면을 향하고 있으며 포보스의 화성 주위 궤도가 화성 자체가 자전하는 속도보다 빠르며 아주 서서히 꾸준히 화성에 가까워지고 있다. 언젠가 미래엔 포보스가 화성 표면에 충돌하게 될 것이라고 예측한다. 반면 데이모스는 충분히 멀리 떨어져 존재하고 서서히 멀어지고 있다고 한다. 두 위성은 1877년 미국인 천문학자 아사프 홀이 발견했으며 그리스 신화에 나오는 마르스의 두 아들 이름을 따 지어졌었다. 화성의 대기권은 매우 얇으며, 표면 기압은 7.7mb 밖에 되지 않는다. 화성의 대기의 95%는 이산화탄소로 덮여 있고 이 밖에 3%의 질소, 1.6% 아르곤과 약간의 산소로 이루어져 있다.
궤도선 관측과 화성 기원의 운석에 대한 분석 결과에 따르면 화성의 표면은 기본적으로 현무암으로 되어있다. 화성 표면의 대부분은 산화철의 먼지로 덮여있다. 화성 표면에서 발견된 암염이나 침철석과 같이 대체로 물이 존재할 때 생성되는 광물이 발견됐는데 화성 표면에 일시적으로 물이 존재했다는 결정적인 증거이다. 지구와 마찬가지로 화성의 내부는 화성은 밀도가 낮은 물질로 중첩된 고밀도 금속 중심부로 분화했다. 내부 모델은 주로 유황 16-17%의 철과 니켈로 구성된다. 이 황화철 황화 핵 지구의 핵보다 가벼운 원소가 두 배 더 풍부하다고 본다. 중심부는 행성에서 많은 지각과 화산 형상을 형성한 규산염 맨틀에 둘러싸여 있는데 휴면에 있는 것으로 보인다. 실리콘과 산소 외에 화성의 지각에서 가장 풍부한 원소는 철, 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 칼륨이다.
화성의 대기압은 0.6에서 1.0kPa로 지구 대기 밀도와 비교하면 100분의 1 정도로 매우 낮다. 대기가 적으므로 기압이 매우 낮고 물이 있더라도 기압 때문에 빨리 증발하게 된다. 과학자들은 과거 화성은 물이 풍부하고 대기도 지금보다 컸을 거라고 추측한다. 대기 주성분인 이산화탄소가 얼어 거대한 극관을 형성하는 과정이 양극에서 교대로 일어나고 이산화탄소는 눈층을 형성하고 봄이 되면 증발한다. 태양의 생명 가능 지대는 금성을 넘은 곳부터 시작해 화성 부근까지 존재한다. 화성은 근일점에 도달했을 때 이 지대 안으로 들어가게 된다. 하지만 화성의 옅은 대기가 액체상태 물이 화성의 표면에 존재하는 것을 막는다. 화성의 과거 물의 흐름은 생명 거주의 가능성을 보여준다. 최근 연구는 화성에 존재하는 물은 염도가 높거나 산도가 높아 생명체가 존재할 수 없다는 것을 보여줬다. 화성에는 자기권이 없기 때문에 강렬한 태양풍을 막을 수 없으며 화성의 옅은 대기로 인한 낮은 대기압으로 화성의 표면에 액체상태의 물의 형태가 유지될 수 없다. 지질학적으로 봤을 때 화성의 화산 활동은 종결돼 화성 내부 화학물질이 화성의 표면으로 순환되지 않는다. 이런 이유로 인해 화성에 생명체의 존재 가능성은 매우 희박하다고 할 수 있다.
화성과 태양까지의 평균거리는 약 2억 2천만 km이며, 공전 주기는 686.971이다. 화성의 태양일은 지구보다 약간 길어 24시간 37분 22초 정도이다. 화성의 궤도 이심률은 약 9% 상대적으로 큰 편이며 태양계에서 이 보다 더 이심률이 큰 궤도를 가지는 행성은 수성밖에 없다. 지금까지 인류는 다수의 로봇 탐사선을 화성에 보냈는데 그중 몇몇은 대단한 성과를 거두었다. 하지만 탐사 실패율은 매우 높았다. 실패 사례 중 몇은 명백한 기술적 결함에 따른 것이었다. 그렇지만 많은 경우 연구자들은 확실한 실패 이유를 찾을 수 없었다. 1960년 소련은 두 개의 탐사선을 화성 궤도를 지나쳐 돌아오도록 발사했으나 지구궤도에 도달하는 데에 실패한다. 1962년 소련은 세 개를 더 시도하지만 실패한다. 1964년 또 한 번 시도했으나 실패했다.
B.C1600년경 화성에 대한 관측이 시작됐다고 여겨진다. 화성은 불과 같이 붉게 빛나고 다른 천체와 달리 하늘에서 이상하게 움직인다고 알려졌다. 바빌로니아인은 이미 기원전 400년경 천문현상을 연구했으며 일식, 월식과 같은 천문현상을 에측하기 위해 고도로 발달된 방법을 사용했다. 그들은 그들의 달력과 종교적인 이유에서 주의 깊게 연구했다. 그러나 그들이 목격한 현상에 대해 깊게 분석한다거나 설명하려고는 하지 않았다. 바빌로니아인들은 화성을 네르갈이라고 불렀다. 그리스인은 화성을 전쟁의 신 이름을 따 아레스라고 불렀고 로마에서도 이 이름을 그대로 번역해 마르스라고 불렀다. 이것은 지금까지 화성의 영어 이름으로 존재하게 된다. 화성의 기호는 마르스의 방패와 칼로 여겨진다. 이집트인은 별이 고정된 것처럼 보이며 태양이 고정된 별에 대해 상대적으로 이동한다고 생각했다. 또 그들은 하늘의 5개의 빛나는 천체가 고정된 별 사이를 움직인다는 것을 알았다. 이집트인은 화성을 Har decher 또는 죽음의 별이라고 불렀다.
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