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隨著科學革命的發展，科學家們意識到地球和其他行星繞著太陽運行。哥白尼、伽利略、克卜勒和牛頓的貢獻使得對於行星軌道的研究達到了數學精度。而隨後天王星、海王星、冥王星以及柯伊伯帶天體的發現，讓我們意識到太陽系行星的軌道是多種多樣的。
圖解 :柯伊伯帶天體—新視野號可能的研究目標。（藝術家的概念圖）
說到火星，它是離地球第二近的鄰居，經常被稱為是地球的雙胞胎兄弟。它與地球有著很多相似之處，然而最大的不同在於運轉軌道。火星不僅離太陽更遠，而且它的軌道更加橢圓，因而造成了溫度和天氣形態上很多非常有意思的不同之處。
圖解：火星與地球 來源：百度
近日點和遠日點
火星繞太陽公轉的平均距離為228萬千米（141.67英裡），也就是1.524個天文單位（略大於日地距離的1.5倍）。然而，火星還擁有太陽系離心率第二大的橢圓軌道（0.0934），低於排名第一的水星（0.2563)。
這意味著火星與太陽之間的距離隨著其處於近日點（最近點）和遠日點（最遠點）之間的位置而發生變化。簡言之，在一個火星年周期裡，火星與太陽之間的距離處於近日點的206.7百萬千米（128.437百萬英裡）和遠日點的249.2百萬千米（154.8456百萬英裡）之間，也就是1.38個天文單位和1.666個天文單位之間。
圖解：火星的真實色彩影像，2007年2月由羅塞塔號拍攝
說到火星年，火星公轉的速度為24千米/秒，完成一個公轉周期的時間為687個地球日。這意味著，火星上的一年相當於地球上的1.88年。考慮到一個火星日為24小時39分35秒，將火星年調整為668.5991地球日（仍有差不多兩倍長）。
火星正處於一個離心率不斷增加的長期過程中段。大約19000年以前，離心率達到最小值0.079, 將會在24000年後再次達到峰值0.105（處於1.3621天文單位的近日點）。而且，大約135萬年前，公轉軌道接近圓形，將會在一百萬年後再次變為圓形。
傾斜角
與地球十分相似，火星也有一個顯著的傾斜角。事實上，與軌道平面25.19度的傾斜角度與地球本身的23.439度非常接近。這意味著火星和地球相似，從溫度方面來說也經歷著四季變化。火星表面的平均溫度比地球冷很多，不過變化方式是大致相同的。
圖解：火星的離心軌道以及傾斜角造就了鮮明的季節變化。來源和版權：大英百科全書;
總之，火星的平均溫度是零下46攝氏度（零下51華氏度），最低溫度為零下143攝氏度（零下225.4華氏度），出現在冬天的兩極；最高溫度為35攝氏度（95華氏度），出現在夏季正午時分的赤道。這意味著一年中的某個時間火星其實比地球上某個地方要暖和。
軌道和季節變化
火星溫度和季節的變化也和行星軌道的變化有關。根本上說，火星的偏心軌道意味著當它遠離太陽時，運行速度慢很多，接近太陽時，運行速度更快（如克卜勒行星運動的三大定律所述）。
圖解：火星直徑約為地球的一半
火星處於遠日點時，正是北半球的春季，這是火星上最長的季節，持續大約7個地球月。夏季是第二長的，持續6個地球月，秋季和冬季分別為5.3個月和4個月。南半球季節的長度略有細微不同。
當南半球處於夏季、北半球處於冬季時，火星靠近近日點；南半球是冬季、北半球是夏季時，火星靠近遠日點。因此，南半球的季節變化更極端，北半球的則相對溫和。南半球夏季的溫度可以達到30開爾文溫度（30攝氏度、54華氏度），比北半球相應時間的溫度更高。
圖解：火星奧德賽探測器在2000年四月拍攝到的火星南極冰蓋。來源: NASA/JPL/MSSS
火星上也會下雪。2008年，鳳凰號探測器在火星南北極地區探測到了水冰。這個結果在意料之中，不過科學家們並沒有想到雲下會下雪。雪和土壤化學實驗使得科學家們相信，著陸點之前更溼潤，溫度也更高。
接著，在2012年，火星軌道探測器獲取的數據顯示，火星南極地區發生了二氧化碳雪。幾十年來，科學家們已經知道，乾冰是火星季節循環的恆常部分，並存在於南極冰蓋中。但這是首次探測到二氧化碳雪的現象，也是目前已知太陽系中唯一有這一現象天體。
圖解：南極仲夏的冰蓋（2000年）
而且最近由火星軌道探測器、火星科學實驗室、火星軌道任務（MOM)\、火星大氣與會發物演化（MAVEN)以及機遇號和好奇號火星車進行的研究均揭露了關於火星過往的一些驚人事實。
首先，土壤樣本和軌道監測已經得出結論，大約37億年前，火星表面上的水比現在的大西洋還多。同樣地，對行星表面和太空的大氣研究表明，火星當時的的大氣也更適合生物生存，只是慢慢地被太陽風抽離了。
圖解：科學家們通過測量目前火星水與半重水與與43億年前的比率，可以推算出誰的流失率。來源: 凱文 .吉爾
氣候模式
氣候的多變使得火星上會出現一些極端天氣，其中最顯著的是火星上有太陽系中最大的沙塵暴。這些沙塵暴最小的只在一小塊區域出現，最大的直徑可達到幾千公裡，覆蓋整個星球並且將它掩蓋得看不見。沙塵暴在火星最靠近太陽時出現，並且會使全球氣溫升高。
第一個關注到這一現象的研究任務是水手九號探測器，這也是1971年發射的火星第一顆人造衛星，它發回的照片裡顯示著一個沉浸在煙霧裡的世界。整個行星被一個巨大的沙城爆覆蓋，只能看到高達24千米的奧林匹斯火山穿出雲霄。這場風暴持續了一整個月，使得水手九號拍攝火星細節的任務也推遲了。
圖解：由太空所見的火星稀薄且充滿塵埃的紅色大氣層。左下方是阿爾及爾平原。
接著在2001年6月9日，哈勃太空望遠鏡觀測到火星的希臘盆地發生了沙塵暴。七月，風暴偃旗息鼓，然而接著再次成為25年以來最大的沙塵暴。沙塵暴的規模達到就算是地球上的業餘天文愛好者用小型望遠鏡也能看到它。雲層使冰冷的火星大氣溫度上升到令人驚奇的30攝氏度。
這些沙塵暴在火星最接近太陽時最有可能發生，是溫度上升和空氣及土壤變化的結果。由於土壤變幹，更容易被溫度變高壓力變化而產生的氣流捲起。沙塵暴使溫度上升更快，從而給火星帶來溫室效應。
圖解：火星上的沙塵暴 來源：NASA
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3. 芊芊-universetoday
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