火星离太阳最近时只有2.065亿公里,最远时为2.491亿公里;绕太阳公转轨道的偏心率为0.09.在九大行星中,除冥王星外,火星的偏心率最大,其公转轨道为椭圆形.火星的轨道半长径约为1.52个天文距离单位,它绕太阳公转一周要686.98日,差不多比地球的一年长一倍;自转周期为24小时37分23秒,其一天的长度几乎和地球相同.火星的自转轴也有一个25°的倾角,与地球的23.5°差不多.因此,火星上也有四季变化,每季长度约相当于地球上两个季节的长度.
火星在椭圆轨道上运行时,与地球的距离有较大的变化.火星与地球的会合周期是779.87天,即大约每隔两年两个月,火星接近地球一次.当地球和火星运行到太阳的同一侧,并差不多排列在一条直线时,称为火星冲日.
冲日前后火星与地球的距离最为接近,但每次的距离又各不相同,在5570万至12000万公里之间变化.由于火星的椭圆轨道偏心率大,每隔15～17年有一次与地球相距特别近的冲,称为大冲,那时是观测火星的最佳时刻.
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