關於火星最全面天文指南！比如火星上也有極光

火星天文學

本文提供了從火星觀測到的天文現象的信息和圖像。許多情況和地球上所觀測的相同或相似，但有時候卻截然不同，比如說，傍晚和凌晨時觀察到的地球景象。

季節

火星的軸面刃傾角為25.2°，和地球的23.45°相當接近。因此和地球一樣，那裡也有春、夏、秋、冬。和地球一樣，南北半球在相對的時段都有夏季和冬季。

然而，火星卻比地球的離心率大得多，因此每個季節的長度不同，程度甚於地球：

這意味著南北半球的冬和夏的長度和強度均不同，北方的冬天溫暖但短暫(因為火星在近日點附近速度快)，而到了南方，冬天則又長又冷(火星在遠日點速度緩慢)。同樣北方的夏季長且冷，南方的夏天短且熱。因此，南半球比北半球的極端溫度要大得多。

火星上由於缺乏江河湖海這樣的水體及其他產生緩衝效應的類似因素，其季節滯後僅僅一兩天而已。因此，火星上春季的溫度大致上是夏季的鏡像，秋季的溫度相當於冬天的鏡像。如果火星是個圓形軌道，夏至和冬至後的一兩天就會出現最高溫和最低溫，而不像地球上的大約一個月之後。春季溫度與夏季溫度之間的唯一差異是因火星軌道較高的離心率所致：北方春季時的火星比北方冬季時距離太陽遠，所以春季正巧比夏季稍涼，秋季比冬季稍暖。然而，在南半球情況恰恰相反。

當然，春夏的溫度變化比發生在火星上的一天的巨大變化小多了，正午當地的溫度可以達到極致，但到了半夜一落千丈，到另一個極端，和地球上的沙漠地區類似，只是明顯得多。

有趣的是，地球(或火星)的軸面刃傾角和離心率並非固定不變，而是隨著太陽系其他行星產生的引力干擾而發生變化，當然這一般都發生在幾萬或幾十萬年的時間上。因此，地球通常的離心率大約在l％徘徊，可以增至6％。到遙遠的未來的某一天，地球電得對付長度截然不同的季節所產生的相關問題，更不用說隨之而來的氣候異常。

除了離心率之外，地球的軸面刃傾角也可在21.5°～24.5°間變化，而且這個「傾斜周期」為41 000年。科學家相信，這些周期變化和其他類似的周期變化(比如說「米蘭科維奇周期」)導致了冰河時代。相比之下，火星的軸面刃傾角變化比地球大得多，為15°～35°，周期時間長達124 000年。據最近的探測數據顯示，火星的軸面刃傾角變化可以大到0°～60°。顯然，地球的衛星——月球在控制地球的軸面刃傾角方面發揮著重要的作用，而火星沒有這樣的穩定化因素，所以其軸面刃傾角的變化會混亂不堪。

天空的顏色

在黎明和黃昏時分，火星天空的顏色呈紅色，略帶粉紅，但臨近日落時為藍色，這與地球上正好相反。在火星的白天，天空呈現「奶油糖果」顏色，即黃褐色。在火星上，瑞利散射的影響通常都非常小，科學家認為這是由於火星塵埃中含有1％的磁鐵礦所致。由於火星大氣中灰塵的影響，在火星上黃昏和黎明持續時間很長。有時候，由於雲層中冰凍微粒散射光的緣故，火星天空呈紫色。

製作精確的真色火星圖像極其複雜。在公開的複製圖像中，火星天空的顏色已經有很大變化，其中許多圖片經過處理以增大科學價值，而不是在展示其真實的色彩。

地球與月球

從火星上看，地球就像金星一樣，屬於帶內行星。肉眼看上去，地球和月球都呈星狀，但是通過望遠鏡則只能看到月牙狀的地球，且能夠看到一些細節。

如果在火星上觀察，能夠看到月球環繞地球運行，肉眼就很容易看到。相比之下，從地球上無法用肉眼看到其他行星的衛星，只有通過望遠鏡才能發現這類衛星。

地球和月球在最大角距時，很容易被看成一對雙星，但一個星期之後月球變為一個光點(肉眼可以看見)；再過一個星期，月球到達另一端的最大角距。地球和月球的最大角距因兩者之間的相對距離而截然不同：地球距火星最近(接近下合)時大約17』，距火星最遠(接近上合)時大約只有3.5』。試比較，從地球看時，月球的視直徑為31』。

最小角距不到1』，偶爾也能看到月球凌地球而過或隱沒於其後。凌地時就相當於地球上看到的火星隱沒在月球後，因為月球的反照率比地球小得多，整體亮度會降低，當然幅度非常小，如果不經心用肉眼則幾乎不會發現，因為月球比地球小許多。

從火星上觀察，逐日的月球圖相對於地球上所看到的要變化大。火星上看到的逐日月球相位變化很小，它與地球的相位匹配，會隨著地球與月球環繞太陽旋轉而逐漸變化。從另一方面來講，在火星上人們能夠看到月球旋轉，軌道周期相同，還會看到月球另一側的特徵，而這一點在地球上是看不到的。

既然地球是一顆帶內行星，從火星上偶爾也能看到地球凌日的情景，下一次將發生於2084年。當然也能看到水星和金星凌日。

火衛一和火衛二

火衛一

火衛一

的角直徑看上去僅僅是地球上看到的滿月的1／3，火衛二

火衛二

看上去有點像恆星，帶有一個幾乎分辨不出的圓盤。火衛一運行得很快，西出東落；而火衛二東出西落，但運行速度比一個火星日慢數小時，因此自出至落得兩天半。

火衛一的最大亮度呈「滿月」時大約-9或-10，而火衛二大約-5。相比之下，地球上看到的滿月亮度相當大，星等可以達到-12.7。火衛一的亮度足以投影，火衛二僅比地球上看到的金星稍亮一點。當然，正像月球一樣，火衛一和火衛二在非滿相時要昏暗得多。火衛一的相位和角直徑每小時都在變化，這與月球不同，火衛二太小，其相位是肉眼所看不到的。

火衛一和火衛二的赤道軌道都為低傾角，距火星的環繞距離較近，所以火衛一在北緯70.4°偏北或南緯82.7°偏南都看不到。在高緯度(小於70.4°)會看到火衛一角直徑明顯較小，因為距離遙遠；從赤道觀察火衛一就會看到火衛一角直徑在出沒時也明顯要小於上空時分。

在火星上能夠觀察到火衛一和火衛二凌日的情景。火衛一凌日也可稱為火衛一偏食日，因為火衛一的角直徑只達到太陽直徑的一半；然而，凌日這個術語用於火衛二再合適不過，因為它在太陽的圓盤上只就那麼一個小點。

既然火衛一的赤道軌道是低傾角，那麼季節性的變化就會發生在火衛一的陰影投射到的火星表面的緯度位置，從最北到最南循環往複。在火星的任何一個地理位置，每個火星年都有兩個間隔時間，期間火衛一的陰影通過，在那個地理位置，火衛一凌火現象在每個間隔段會出現六次左右。火衛二也差不多，只是每段間隔時間凌火現象要麼不出現，要麼只出現一次。

顯而易見，陰影總是落在「冬半球」，春分和秋分時經過赤道除外，因此火衛一和火衛二在火星北半球和南半球的秋冬

兩季都會發生，遠離赤道時，會離冬至更近一些。不管怎麼樣，發生凌火的兩個間隔時間在冬至前後，大體上對稱(然而，火星軌道的大離心率使其無法真正對稱)。

火星「月球」的快速運行創造了這樣的可能性：可利用這一點進行太空導航。尤其是它們在恆星中的位置可以用來準確地確定全球時間，再加上觀察太陽得到的當地時間知識，可以用來確定觀察者所處位置的經度。在地球人類歷史上，這就是確定經度的所謂「月球距離法」，但是因為月球的速度慢得多，所以被約翰·哈里森發明的相當準確的精密計時器所取代。地球上的「月球距離法」有另一個難題，月球的質量與其距地的遠距離使得確定其軌道成為一個三體問題，超出了早期天文學家的計算能力。

火星上的觀察者也能看到火衛一和火衛二的「月食」，火衛一在火星陰影中只持續1小時，火衛二需要2小時。令人吃驚的是，儘管其軌道基本上是在火星赤道水平，且很靠近火星，但有時火衛一會逃避被食。

火衛一和火衛二均同步繞轉，即從火星表面看不到「另一側」。雖然火衛一的軌道為低傾角和離心率，就像地球的月球一樣，天平動的現象也能發生在火衛一上。由於火衛一近距離所產生的天平動和視差的影響，從高低緯度以及火衛一的出沒觀察，在火星表面的任何一個位置的任何時間能夠看到的火衛一表面總體覆蓋面遠大於50％。

火衛一表面的一邊可能看到巨大的斯蒂克尼火山口，從火星表面肉眼都能很容易看到。

流星和流星雨

因為火星的大氣在相對透明的光波長度，所以偶爾也有流星。當地球與彗星交叉時，地球上會發生的流星雨，自然火星上也有流星雨，雖然與地球上情況不同。

「勇氣」號於2004年3月7日從火星上拍攝到第一例流星，人們認為這是114P／懷斯曼一斯基孚彗星為母體的流星雨的一部分。因為光源來自仙王星座，所以可以稱為火星上的「造父變星」。

就像在地球上一樣，當流星大到足以撞擊地面(不是在大氣中完全燃燒)，它就變為隕石。火星上發現的第一塊隕石是擋熱岩。月球上發現的頭兩塊隕石是在「阿波羅」計劃中發現的。

極光

火星上也有極光，但不像地球上那樣發生在兩極，因為火星沒有全球性的磁場。火星上的極光發生在火星外層的地磁異常處，這種磁異常屬於早期火星擁有磁場時的殘餘。火星極光非常特別，在太陽系的其他地方是看不到的。人類的肉眼也可能看不到，因為基本上是紫外現象。

天極與黃道

火星軸的方向如此：其北天極在R.A.21h10m 42s Deel.+52°53.0』的天鵝座(或更精確地說位於317.67669+52.88378，靠近R.A.21h10m 15.6s Deel.+53°33』48」的第六等恆星BD+522880(也稱為HR 8106，HD 201834，或SAO 33185)。

天鵝星座頂端的兩顆星，薩德爾和天津四，指向介於天津四與仙王座α之間的火星北天極，比前者小10°，比薩德爾和天津四之間的視距稍大。因為接近此極，天津四在火星的整個北半球從來不落。除了接近赤道的區域，天津四永遠都圍繞北極運轉。天津四與薩德爾的方向可以用來確定恆星時。

火星的北天極距銀道面也僅幾度，因此銀河一直都能看到，尤其是天鵝座區域。

南天極位於9h10m 42s和-52°53.0』，距9h 22m 06.85s-55°00.6』的2.5等星維洛，魯姆K僅2°。

火星黃道十二宮

和地球的黃道十二宮幾乎相同——兩個黃道平面互傾角畢竟只有1.85°，但是在火星上，太陽在鯨魚座停留6天，期間離開然後再進入雙魚座。二分點和二至點也不同：在北半球，春分在蛇夫座，夏至在寶瓶座和雙魚座邊界，秋分在金牛座，冬至在室女座。

就像在地球上一樣，歲差將導致二分點和二至點成千上萬年繞行黃道十二宮。

就像在地球上一樣，歲差的結果使得北天極和南天極繞行一個大圈，但是在火星上，這個周期是175 000地球年而不是地球上的26 000年。

就像在地球上一樣，歲差還有第二種形式：火星軌道的近日點變化緩慢，使得近點年與恆星年不同。然而在火星上，這個周期為43 000年，而不是地球上的112000年。

在地球和火星上，這兩種歲差方向相反，因此地球上的回歸年和近點年之間歲差周期為21 000年，火星上27 000年。

長期變化

就像在地球上一樣，火星運轉周期(其日長)在降低；然而，這種影響小於地球的三個數量級，因為火衛一的引力效用可被忽略，這個效用主要是由於太陽。在地球上，月球的引力影響有更大的效用。到遙遠的未來，地球上一天的長度最終將和火星一樣，然後超過火星一天的長度。

就像在地球上一樣，火星上有「米蘭科維奇周期」影響，使得其軸面刃傾角(傾斜度)及軌道偏心率在長時期內發生變化，隨之對其氣候產生長期效用。火星軸面刃傾角變化比地球大得多，這是因為它缺乏像地球的月球那樣的穩定影響。火星的傾斜周期為124 000年，而地球僅需41 000年。

塞多尼亞區

塞多尼亞是火星的一個區域，這個名稱最先用來指星體返照特點(特別顏色區)，地球上可以通過望遠鏡觀察到。今天這個名稱包含火星上的三個區域：「塞多尼亞蒙賽」平頂區，「塞多尼亞科萊」多山區和「塞多尼亞蘭比林蘇」山谷交叉的複合區。和火星的其他區域相同，塞多尼亞這個名字取自古代的Kydonia，它是克里特島一個著名的城邦。

一群塞多尼亞小山由於其中之一在一定的光照條件下像人的面孔而吸引了很多人的注意力，其他的小山也有像金字塔的，這種現象引起科學界和普通百姓的興趣。

部位

塞多尼亞位於火星北半球，介於南邊火山口密集區與北邊相對平坦的平原之間的移行帶。有些行星學家認為北方平原原來可能是洋底，塞多尼亞可能是海岸帶(當然這還沒有專為公論)。

圖像

塞多尼亞的詳圖是「海盜1」號和「海盜2」號拍攝到的。塞多尼亞地區的18幅圖中的7幅解析度大於250m／pixel。其他11張圖解析度均低於550m／pixel，基本上沒有研究參考價值。在這7幅較好的圖像中，兩對圖像的光照和時間非常接近，因此實際上只有5幅不同的圖像。

該區域的其他部分隨後由火星全球測量器、「火星快車」號和火星探測飛船以高解析度拍攝。

發現

在「海盜1」號1976年7月25日拍攝的一幅圖中，位於北緯40.75°、西經9.46°的一座塞多尼亞平頂呈現類人的面孔。最先獲得這個圖像的時候，「海盜」號首席科學家傑瑞。索芬認為圖35A72中的「人面」只不過是光與影的效果。然而，第二張圖70A13也顯示了這個「人面」，這是繞火星旋轉35圈之後在不同的日照角拍攝到的。這後一張圖是NASA的戈達德太空飛行中心兩位計算機工程師文森特，迪皮特羅和哥列格里·莫里納爾搜索NASA檔案時發現的，當時他們發現35A72和70A13兩幅圖歸檔不對。

公眾的迷戀

火星表面會有一個像人類面孔的東西，這吸引了所有對外星智慧和外星人造訪地球有興趣的個人和組織的濃厚興趣，這些圖像也就是在這種氛圍下的1977年公之於眾的。一些評論員，尤其是理查德·候格蘭，認為這個「人面岩」是遠逝的火星文明的證據，與其一同遺存至今的還有顯明的金字塔，他們認為這是遺址的一角。由一些研究人員對「海盜」原圖的分析暗示，「人面岩」的特徵不會是觀察條件的偶然結果。天文學家卡爾·薩根在其著作《魔鬼出沒的世界》中對這種「人面岩」的推測進行了批判。

隨後的圖像

在「海盜1」號拍攝這些圖像20多年後，一連串的航天器都訪問了火星，收集到塞多尼亞地區的新數據。這些航天器包括NASA的火星全球測量器(1997～2006)和火星探測飛船(2006～)，以及歐洲航天局的「火星快車」號探測器(2003～)。與相對較低的解析度拍攝的「海盜」號塞多尼亞圖像相比，這些新平台提供了大幅度提高的解析度，例如。「火星快車」號圖像解析度為14m／pixel或更好。結合「火星快車」號配置的高解析度立體攝像機和NASA的火星全球測量器上配置的火星飛船攝像機所得到的數據，可以製作再現「火星人面岩」的三維立體圖。

今天，人們普遍認可「人面岩」是一種錯覺，一種空想性錯視。在對火星全球測量器高解析度數據進行分析之後。NASA稱，「詳細分析這個特徵的多重畫面後就會看到一座看上去非常自然的火星山，其致幻的人面模樣取決於觀察角度和光照角度」。類似的錯覺在地球地質學中也能看到，比如說美國的老人山與荒原衛士，正像留著當地美國發形的人頭。

大眾文化

除了推測其人工來源，塞多尼亞以及「火星人面岩」也經常出現在大眾文化中，包括影片、電視劇、遊戲、連環畫，甚至音樂中。

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