火星天文學

本文提供了從火星觀測到的天文現(xiàn)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(jié)

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，那里也有春、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(jié)的長度不同，程度甚于地球：

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。

下表列出了2002年以來，不同的火星軌道上各個季節(jié)的時間：

火星上由于缺乏江河湖海這樣的水體及其他產(chǎn)生緩沖效應的類似因素，其季節(jié)滯后僅僅一兩天而已。因此，火星上春季的溫度大致上是夏季的鏡像，秋季的溫度相當于冬天的鏡像。如果火星是個圓形軌道，夏至和冬至后的一兩天就會出現(xiàn)最高溫和最低溫，而不像地球上的大約一個月之后。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(fā)生在火星上的一天的巨大變化小多了，正午當?shù)氐臏囟瓤梢赃_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(qū)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并非固定不變，而是隨著太陽系其他行星產(chǎn)生的引力干擾而發(fā)生變化，當然這一般都發(fā)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(jié)所產(chǎn)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?？茖W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(jù)最近的探測數(shù)據(jù)顯示，火星的軸面刃傾角變化可以大到0°～60°。顯然，地球的衛(wèi)星——月球在控制地球的軸面刃傾角方面發(fā)揮著重要的作用，而火星沒有這樣的穩(wěn)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(xiàn)“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，科學家認為這是由于火星塵埃中含有1％的磁鐵礦所致。由于火星大氣中灰塵的影響，在火星上黃昏和黎明持續(xù)時間很長。有時候，由于云層中冰凍微粒散射光的緣故，火星天空呈紫色。

制作精確的真色火星圖像極其復雜。在公開的復制圖像中，火星天空的顏色已經(jīng)有很大變化，其中許多圖片經(jīng)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，屬于帶內(nèi)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(jié)。

如果在火星上觀察，能夠看到月球環(huán)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(wèi)星，只有通過望遠鏡才能發(fā)現(xiàn)這類衛(wèi)星。

地球和月球在最大角距時，很容易被看成一對雙星，但一個星期之后月球變?yōu)橐粋€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于其后。凌地時就相當于地球上看到的火星隱沒在月球后，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(jīng)心用肉眼則幾乎不會發(fā)現(xiàn)，因為月球比地球小許多。

標準時間2003年5月8日13時的火星MGS地球和月球圖，非常接近自太陽的扯斷伸長率，距離火星0.930天文單位。視星等級為-2.5和+0.96。在不同時間由于地球與月球的距離和位相不同視星等也不同。

從火星上觀察，逐日的月球圖相對于地球上所看到的要變化大?；鹦巧峡吹降闹鹑赵虑蛳辔蛔兓苄?，它與地球的相位匹配，會隨著地球與月球環(huán)繞太陽旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，軌道周期相同，還會看到月球另一側(cè)的特征，而這一點在地球上是看不到的。

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

火衛(wèi)一和火衛(wèi)二

火衛(wèi)一的角直徑看上去僅僅是地球上看到的滿月的1／3，火衛(wèi)二看上去有點像恒星，帶有一個幾乎分辨不出的圓盤。火衛(wèi)一運行得很快，西出東落；而火衛(wèi)二東出西落，但運行速度比一個火星日慢數(shù)小時，因此自出至落得兩天半。

火衛(wèi)一的最大亮度呈“滿月”時大約-9或-10，而火衛(wèi)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?；鹦l(wèi)一的亮度足以投影，火衛(wèi)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(wèi)一和火衛(wèi)二在非滿相時要昏暗得多?；鹦l(wèi)一的相位和角直徑每小時都在變化，這與月球不同，火衛(wèi)二太小，其相位是肉眼所看不到的。

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

在火星上能夠觀察到火衛(wèi)一和火衛(wèi)二凌日的情景。火衛(wèi)一凌日也可稱為火衛(wèi)一偏食日，因為火衛(wèi)一的角直徑只達到太陽直徑的一半；然而，凌日這個術(shù)語用于火衛(wèi)二再合適不過，因為它在太陽的圓盤上只就那么一個小點。

既然火衛(wèi)一的赤道軌道是低傾角，那么季節(jié)性的變化就會發(fā)生在火衛(wèi)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(huán)往復。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(wèi)一的陰影通過，在那個地理位置，火衛(wèi)一凌火現(xiàn)象在每個間隔段會出現(xiàn)六次左右?；鹦l(wèi)二也差不多，只是每段間隔時間凌火現(xiàn)象要么不出現(xiàn)，要么只出現(xiàn)一次。

顯而易見，陰影總是落在“冬半球”，春分和秋分時經(jīng)過赤道除外，因此火衛(wèi)一和火衛(wèi)二在火星北半球和南半球的秋冬兩季都會發(fā)生，遠離赤道時，會離冬至更近一些。不管怎么樣，發(fā)生凌火的兩個間隔時間在冬至前后，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(chuàng)造了這樣的可能性：可利用這一點進行太空導航。尤其是它們在恒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?shù)貢r間知識，可以用來確定觀察者所處位置的經(jīng)度。在地球人類歷史上，這就是確定經(jīng)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(fā)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(zhì)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(wèi)一和火衛(wèi)二的“月食”，火衛(wèi)一在火星陰影中只持續(xù)1小時，火衛(wèi)二需要2小時。令人吃驚的是，盡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(wèi)一會逃避被食。

火衛(wèi)一和火衛(wèi)二均同步繞轉(zhuǎn)，即從火星表面看不到“另一側(cè)”。雖然火衛(wèi)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(xiàn)象也能發(fā)生在火衛(wèi)一上。由于火衛(wèi)一近距離所產(chǎn)生的天平動和視差的影響，從高低緯度以及火衛(wèi)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(wèi)一表面總體覆蓋面遠大于50％。

火衛(wèi)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?shù)厍蚺c彗星交叉時，地球上會發(fā)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”號于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?yōu)殡E石?；鹦巧习l(fā)現(xiàn)的第一塊隕石是擋熱巖。月球上發(fā)現(xiàn)的頭兩塊隕石是在“阿波羅”計劃中發(fā)現(xiàn)的。

極光

火星上也有極光，但不像地球上那樣發(fā)生在兩極，因為火星沒有全球性的磁場?；鹦巧系臉O光發(fā)生在火星外層的地磁異常處，這種磁異常屬于早期火星擁有磁場時的殘余。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(xiàn)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(或更精確地說位于317.67669+52.88378，靠近R.A.21h10m 15.6s Deel.+53°33’48”的第六等恒星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，指向介于天津四與仙王座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(qū)域，天津四永遠都圍繞北極運轉(zhuǎn)。天津四與薩德爾的方向可以用來確定恒星時。

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(qū)域。

南天極位于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，期間離開然后再進入雙魚座。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(jié)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，使得近點年與恒星年不同。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(zhuǎn)周期(其日長)在降低；然而，這種影響小于地球的三個數(shù)量級，因為火衛(wèi)一的引力效用可被忽略，這個效用主要是由于太陽。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，然后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(nèi)發(fā)生變化，隨之對其氣候產(chǎn)生長期效用?；鹦禽S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(wěn)定影響?；鹦堑膬A斜周期為124 000年，而地球僅需41 000年。