太陽系巡禮之《衛星》篇 （2）- 火星篇

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太陽系主要衛星與地球的大小比較

火星的衛星


      火星目前已知擁有2顆衛星，分別是火衛一與火衛二，都是火星從小行星帶中捕獲的天體。這2顆衛星都是在1877年由美國天文學家阿薩夫·霍爾所發現的，後來分別以希臘神話神祇福波斯及得摩斯，它們都是戰神阿瑞斯之子。

火星偵察軌道器所攝得的火衛一彩色照片，攝於2008年3月23日		火星偵察軌道器所攝得的火衛二彩色照片，攝於2009年1月21日

美國天文學家阿薩夫·霍爾在1877年經過長期的研究後確認火衛一與火衛二的存在，雖然在這之前已經有天文學家猜測火星衛星的存在。




早期的推測

天文學家長久以來就推測過火星衛星的是確實存在的，德國天文學家約翰內斯·克卜勒甚至曾經成功預測火衛的數目，雖然根據的是錯誤的邏輯推論：他認為木星擁有4顆衛星，而地球則有1顆，所以火星應該有2顆衛星存在[1]。

也許是受到克卜勒的啟發，喬納森·斯威夫特的著名諷刺文學作品《格理弗遊記》在第3章拉普達之旅中就提出火星擁有2顆衛星的想法，認為拉普達人已經發現2顆衛星環繞火星，距離3倍與5倍火星直徑，公轉週期為10及21.5個小時。實際上火衛一與火衛二距離火星為1.4倍與3.5倍火星直徑，公轉週期為7.6及30.3個小時，與小說所描述的並不會相差很多[1]。法國文學家伏爾泰1750年創作的短篇故事《微型巨人》（Micromégas）描述火星人造訪地球，並提到火星擁有2顆衛星，所以伏爾泰很可能受到斯威夫特的影響。在火星衛星被確認之後，2個位於火衛二的坑洞被命名為斯威夫特及伏爾泰。

發現阿薩夫·霍爾分別在1877年8月12日協調世界時07:48及8月18日格林尼治標準時間09:14（這裡使用1925年之前的天文慣例，分別相當於華盛頓標準時間8月11日14:40及8月17日16:06[2][3][4]）發現火衛二與火衛一，當時他正在華盛頓特區美國海軍天文台使用望遠鏡來搜尋火星衛星，因為他在8月10日曾經隱約觀測到它們，不過受到壞天氣的干擾。在伊頓公學亨利·馬當的建議下，火衛一與火衛二原本被拼成Phobus及Deimus，是根據古希臘敘事史詩《伊里亞德》第15章而來的[5]。

                                                                                                    發現火衛一與火衛二的阿薩夫·霍爾

                                                                                             阿薩夫·霍爾用來發現火衛一與火衛二的望遠鏡

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天文學家已經藉由許多探測器研究過這2顆火星衛星。斯格特·謝柏德（Scott S. Sheppard）及大衛·朱維特（David C. Jewitt）在最近對於這些不規則衛星的希爾球進行研究。這次研究範圍幾乎涵蓋希爾球全部的地區，不過火星散發出的零散光芒則影響火衛一及火衛二所在區域的一部份。目前天文學家並未發現任何視星等達到23.5等的新衛星，它的在反射率0.07的情況下半徑為0.09公里[6]。

                                    火星夜空所見到的火衛一（右邊）及火衛二（左邊），當時它們正從人馬座前方通過。這是由火星探測漫遊者精神號所攝得的影像

如果觀測者站在靠近火星赤道的地表上觀測夜空，他將會看見火衛一的盤面可以達到滿月時的3分之1。它角直徑在升起時為8'，而在天頂時可以達到12'。如果觀測者距離赤道越遠，火衛一將會逐漸縮小，從火星的冰帽極地是無法看見它的，因為它終年位於地平線下方。而火衛二看起來更像是一顆行星或明亮的恆星，只比地球上看見的金星稍微大一點而已，角直徑約2'。而太陽在火星夜空的角直徑為21'。雖然火星上不會出現日全食，因為衛星太小而且距離過遠無法完全遮掩太陽。不過火衛一的月全食則是相當頻繁，幾乎每天晚上都會發生[7]。

火衛一及火衛二的運動與月球的運動非常不同。移動快速的火衛一從西方升起，東方落下，並且在11個小時後再度上升。而剛好位於同步軌道外側的火衛二，則會以非常緩慢的速度從東邊升起。雖然火衛二的公轉週期超過30小時，但是它仍然會花費2.7天的時間才在西邊落下。

火衛一及火衛二都遭到潮汐鎖定，所以它們總是以同一個面朝著火星。因為火衛一移動的速度大於火星的自轉速度，所以它們之間的潮汐力正逐漸穩定地縮小公轉軌道。這意味著火衛一最終將會越過洛希極限，遭到潮汐力的撕裂[8]。幾個火星表面的環形坑洞顯示過去可能曾經有其他小型衛星已經經歷這樣的過程，並導致火星表面的風貌完全改觀[9]。而火衛二的距離夠遠，所以它與火星之間的距離逐漸緩慢的增加[10]，與月球一樣。

                                                                                            火衛一（上方）及火衛二（下方）的比較

火星環

火星的兩個衛星一直被認為可能產生一個環繞火星的環系統，由衛星受小隕星撞擊後飛濺的細小岩屑組成，稀薄黯淡不易觀察。經模擬顯示兩衛星會各產生一個環，這環並非平面，而是呈環體（toroid），且形狀會受太陽風影響而變形。1989年火衛一2號橫越火衛一軌道時、觀測到電漿與磁場異常的「火衛一事件」（Phobos events）常被拿來探究環的存在與否。

排序	編號及名稱		圖像	直徑（公里）	質量 (kg)	半長軸（公里）	公轉周期‡ (h)	相對火星地表 的公轉周期
Mars I	火衛一	/ˈfoʊbəs/ FOE-bəs		22.2 km (27×21.6×18.8)	1.08×1016	9 377 km	7.66	11.12 h (0.463 d)
Mars II	火衛二	/ˈdaɪməs/ DYE-məs		12.6 km (10×12×16)	2×1015	23 460 km	30.35	131 h (5.44 d)

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                                                                         火衛一凌日。火衛一的角直徑約為12'，太陽的角直徑約為21'。
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                                                                                                火衛二凌日。火衛二的角直徑約為2'。
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                                                                          精神號於晚上所拍的兩個衛星，背景為人馬座。照片亮度已增強。
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地球還是火星?

　解釋: 哪張圖像是地球？哪張圖像是火星？上面有一張照片是精神號火星漫遊者機器人日前在火星上攀登丈夫山時拍攝的。另一張是一個人在地球上穿越摩洛哥南部大沙漠時拍攝的照片。這兩張照片都呈現出覆蓋了岩石和沙子的廣漠。都沒有水和明顯的生命的跡象。每個行星的表面是如此複雜，任何一個圖像都不能真正反映哪個行星的表面。如果我們能夠搞清其中一顆行星的地表結構與特徵，那麼就能為研究其他行星提供很大幫助。左邊那幅照片象不象我們的家園？你會說：當然不象了，可事實上，那就是地球。

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從Larrys觀測站得到的火星全景圖






將上面的圖片向右邊滾動，就可以看到一張由觀測站得到的驚人的火星全景圖。該觀測站位於處在哥倫比亞山的赫斯本德山頂峰附近。可以看到，赫斯本德山的山頂離這張360度、接近真實顏色照片的中心有200米。精神號漫遊機器人花了4個火星日拍攝照片，它們組成了上面這張拼接照片。得到圖像結果以後，精神號小心地抵達赫斯本德的峰頂。圖的右邊，在遠處漫遊者機器人留下的蹤跡附近，是一個名叫Paso Robles富含硫磺的區域。

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在火星上露出的麥修徹拉岩層

叫做麥修徹拉露出火星表面的岩石有什麼樣的歷史呢？正在火星上執行任務的精神號火星漫遊者拍攝了這幅影像，在它左邊就是這個不尋常的岩石群。精神號在移動離開多丘陵地帶的時候發現了麥修徹拉，它的不尋常的多分層結構引起了火星漫遊者科學團隊的注意。自從拍攝到上面這張有代表性的彩色圖像以來，精神號已經移動到更近的距離觀察這個岩石。在上面圖像也可以看見右邊突出的岩石“拉裡的瞭望哨”，和一個大的在左邊背景裡的克拉克山。在最右邊更遠的山是哥倫比亞丘陵。

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火星普罗克特陨石坑内的黑色沙丘

　　说明：这张照片是用望远镜还是用显微镜拍摄的吗？或许这条线索将会有所帮助：如果这些黑暗的形态是细菌，那么其中每一个大小都超过了足球场的范围。实际上我们所看到的是火星上普罗克特陨石坑底部巨大的沙丘。照片是由火星资源探测卫星（MRO）上安装的HiRISE相机拍摄，MRO是一艘正绕火星飞行的飞船。黑暗的褶皱沙丘好似比颜色较浅、覆盖在沙丘上的岩石形成时间更晚，岩石在风的作用下慢慢移动。沙丘的出现源于沙化表面和火星上高速风之间的复杂关系。

火星陨石坑中的冰层

   

   说明：火星陨石坑表面的是什么？一块冻结的冰块。上面的照片是在二月份早些时候火星快车太空飞船拍摄到的。在一个35公里宽的陨石坑里发现了小型的冰块，位于火星赤道以北70度。在那里太阳光被300米高的陨石壁阻挡，防止了陨石坑表面的冰块蒸发到稀薄的火星大气中。这块小型的冰块可能有200米的厚度。在陨石坑右部的上边缘能看到冰霜，而左边低的陨石坑部分处在太阳光的照射下。在火星北极点附近的陨石坑中有冰块存在如上面的照片，再加上先前记载的资料不仅为过去火星地表条件的研究提供线索而且为十分需要水的宇航员将来着陆提供了很好的位置。

一个火星尘暴动画

   

    解释: 是什么在那里横跨过火星平原? 是一个火星尘暴。拍摄到在火星表面生成的著名的自旋尘暴塔柱的动画，这还是第一次。精神号机器人漫游者在过去两个月里在它栖居的山坡上至少拍摄到几个尘暴的画面。按照顺序每个画面大约间隔20秒拍摄。观察拍摄的数字影像可以看出火星尘暴扬起厚厚的尘土在火星表面形成一个影子。精神号机器人在火星上拍摄了许多尘暴的图像，人类在地球上观察这些图像的缩略图，选出高分辨率的图像发回地球，由一个混合交互系统制作了这个新的火星尘暴的电影。

火星的日行跡

   

   說明: 在地球上，如果每天同一時間在同一地點記錄太陽的位置，一年過後，就會得到一個8字型的日行跡 (analemma)。 如果在火星上進行類似的工作，所得到的圖案會簡單一些，它會是個被拉長的梨形。這張以火星探路者號著名火星全景圖為背景的示意圖，呈現了火星日行跡的形狀。這張模擬圖假設是從薩根記念站 (Sagan Memorial Station)觀看傍晚的太陽，如果每隔30個火星日記錄一次 (首次在地球曆1997年7月29日)，就會形成上面的景像。從模擬可知火星的太陽沒地球亮，太陽的大小只有地球的三分之一。除此之外，火星的塵埃也讓天空變得紅紅的，並且會散射來自太陽盤面的藍光。

Gusev火山口的落日

       解释：在火星上看日落是什么样子？为了弄清楚这一点，无人驾驶漫游车勇气号被部署到Gusev火山口的遥远的边缘停泊，并安静的观测日落。这是一项艰巨的工作，但是总得有某个无人驾驶机器人设备来做。在地球上的红色落日由两个效应造成——日光中的蓝光更容易被大气中的氧气和氮气分子散射掉；被少量的杂质如火山灰散射。（第一个效应的大小是利用阿尔伯特爱因斯坦引用率最高的一篇文章计算的。）虽然火星上缺乏氧气和氮气，但是它被一层红色沙尘覆盖，而这些沙尘经常被快速而稀薄的风卷起升入大气。对像上图一样的图像进行分析表明在某些火星日，日落比地球上典型的日落要明显的更长和更红。到暮光出现两小时后，日光在大气高处继续从火星尘土上反射，铺撒下一片弥散的光芒。这一结果帮助大气科学家不仅可以理解火星的大气，还包括太阳系中所有的大气层，包括我们的地球家园。

火星的春天

       說明: 在這張太陽系第四顆行星-火星的影像中，巨大的峽谷、高聳的火山、連綿的冰原、隕石坑和高積雲全都清晰可見。 這張呈現2002年五月火星初春景象的拼嵌影像，是正在火星軌道上的火星全球量測號無人太空船所拍攝的。 橫過整個影像底部的是巨大的水手峽谷(Valles Marinaris)，它的長度是地球大峽谷的三倍長，深度則有四倍那麼深。 影像左方有數個火山，其中包括高度為地球聖母峰三倍的奧林帕斯山(Olympus Mons)。 位在影像頂部的是火星的北極冠，它是由正在融解的水冰和二氧化碳冰(乾冰)所組成。 此外，火星表面到處散佈著漩渦狀的白雲和圓形的撞擊坑。

從火星看地球和月球

       說明: 從火星上看地球，會看見何種景像呢？影像中地球可辨識的地貌有太平洋、白雲、大部份的南美洲、和小部份的北美洲。 除此之外，還可以看見影像右上端的月球，和它底部閃閃發亮的第谷隕石坑。在以前，曾從月球和航行到太陽系各處探險的太空船為地球拍過照片。

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火衛一：一顆註定滅亡的衛星

  

     說明: 這是一顆難逃滅亡噩運的衛星。紅色火星的名字來自羅馬神話中的戰神，它擁有兩顆很小的衛星：火衛一(Phobos)和火衛二(Deimos)，名字的文義在希臘文分別代表恐怖和恐慌。這兩顆火星衛星，它們原來很可能是火星和木星間小行星帶裡的小行星，或者是太陽系更外圍的天體，後來被火星俘獲而成為火星的衛星。在這張海盜1號探測船在1978年拍攝的影像裡，火衛一很像是顆滿佈著隕石坑的小行星。它的大小約是二十七公里，每8小時繞行火星一周。火衛一的軌道高度約為5800公里，相較之下，月球和地球的距離是38萬公里。 火星無情的潮汐力正把火衛一向下拉，再過1億年左右，火衛一應該會撞上火星，或被殘酷的潮汐力扯碎，形成火星的行星環。

火衛一的暗影

說明: 馬鈴薯狀的火衛一 (Phobos)急掠過紅色行星的天空，繞火星一圈所需的時間不到8小時。因為它的軌道週期比火星的自轉週期短，所以位在火星上的觀星人，可以看見火衛一由西方昇起在東方落下，從西方地平面運行到東方地平面要用上五個半小時。上面這三張由火星全球量測號(MGS)太空船所拍攝的影像，記錄了火衛一橢圓形的暗影在1999年8月26日掃過Xanthe平原西部的景象。這些影像所涵蓋的寬度約為250公里。從左到右分別是紅色濾光片、藍色濾光片、以及合成彩色的MGS廣角相機影像。在紅光影像中非常明顯的三個暗斑，可能是隕石坑底的暗色沙丘。 如果你恰好站在火衛一的暗影裡，你會看見火星版的日食呢！



從火星全球探測號所拍攝的火衛一

       說明: 為什麼火衛一這麼暗？火衛一是火星的最大衛星，也是最靠近火星的衛星，同時它也是全太陽系最暗的衛星。從它不尋常的軌道與顏色顯示出它可能是一顆被捕獲的小行星。它的組成與小行星類似，是冰與黑暗岩石所組成的混合物。这張照片是由環繞火星的自動控制太空船火星全球探測號所拍攝的。火衛一是充滿隕石坑的不毛之地，它最大的隕石坑是位於遙遠的另一邊。從火星全球探測號所拍攝的類似影像，可知火衛一可能是被一層厚達一米的鬆散的塵埃所覆蓋。由於火衛一的軌道是那麼靠近火星，因此在火星的某些地方每天可以看到它兩次的起落，但是在其他地方卻又完全看不到它。火衛一的軌道正漸漸地縮小，在5000萬年後，它將碎成數塊之後撞擊火星表面。

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內容豐富,大開眼界!

AY_San

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hkman78

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trabajora

火星可能係人类第二个出外太空的基地。

夢幻

太空的基地。