假如人類登陸火星，會有怎樣的“中秋月色”

□文/卞毓麟

制圖/王梓含

中秋時節，當我們在地球上“舉頭望明月”時，我國“天問一號”火星探測器正在飛赴太陽系中的那顆紅色星球。

你有沒有想過，在火星上 “賞月”會是怎樣的體驗？畢竟，月亮是地球的天然衛星，火星也有，而且還有兩個。迄今為止，人類還從未登上過火星。然而，天文學家對到火星上仰望星空時的景象，卻已一清二楚。

地球只有一個月亮，火星卻有兩個；地球的月亮又大又圓，火星的“月亮”又小又丑；地球的月亮離地球那么遠、繞地球轉得那么慢，火星的“月亮”卻離火星那么近、繞火星轉得那么快……

如果，有朝一日，人類可到火星上去“賞月”，所見到的究竟是一番怎樣的景象呢？

火星“小月亮” 天上兩個小山包

先來認識一下火星的兩個“小月亮”——它的兩顆天然衛星：火衛一和火衛二。

自1877年美國天文學家阿薩夫·霍爾發現火星有兩顆衛星之后，在長達90年的時間里，除了距離和公轉周期等運動數據外，人們對于它們的其他情況一無所知，就連它們的確切大小都不知道。即便用最好的天文望遠鏡觀測，它們也只是緊挨著火星的兩個幽暗的小光點而已。

人們只能斷定它們很小，可是究竟是多小呢？對此，人們只能做一些粗略的估計。例如，假定它們反射光線的能力一如月球，那么，就可根據它們的總亮度估算出它們的體積。

1956年，旅美荷蘭天文學家柯伊伯用這種方法估算出火衛一的直徑約為12千米，火衛二的直徑則約為6千米——它們就像在火星上空飛翔的兩座山。1969年，飛向火星的“水手7號”探測器拍攝了正好運行到它與火星之間的火衛一。結果人們發現，火衛一暗得出乎意料，它反射光線的能力比之前預計的更弱。所以，它的個頭必定比柯伊伯估算的大很多，才會像人們所觀測到的那么亮。后來，天文學家又查明，火衛二亦如火衛一那么暗，因此，它也比柯伊伯估計的要大一些。這兩顆衛星的外觀有如某些石質隕星，可它們的構造看起來與火星全然不同。

兩顆火衛的外形都很不規則，根本就不是一個球，這點人們倒是料到了。因為，像地球或者月球這樣的大天體，在自身引力作用下，其所有各部分的物質都盡可能地向中心靠攏，自然而然就成為球狀。然而，像火衛這樣的小天體引力場極弱，以至于不能使其全部物質都緊湊地團聚在一起，因此依然保持著不規則的外形。

1971年5月30日發射的“水手9號”火星探測器則直接為這兩顆衛星拍攝了許多照片。結果發現，每一顆衛星沿著不同的方向測量，其長度皆不相同。而且，它們的體積真的很小，倘若我們把月球完全掏空的話，那就需要380萬個火衛一緊密地擠在一起才能填滿它，或者用2 000萬個火衛二來填充。

假如火衛一和火衛二的物質密度都同與其相似的那類隕星相當，即約2克/立方厘米，那么，根據這兩顆衛星的體積與密度，就可計算出火衛一的質量約為月球質量的690萬分之一，火衛二的質量則約為月球質量的3 000萬分之一。

繞火星運行的火衛一和火衛二

火衛的大小、質量和表面重力直徑（千米）衛星平均表面重力（地球=1）長徑 中徑 短徑質量（萬億噸）火衛一 27.0 22 18 10.6 0.00063火衛二 15.0 12.2 10.4 2.4 0.00036

不過，一旦宇航員當真在火衛上著陸，他們將會發現自己幾乎完全處于失重狀態。因為兩顆火衛的逃逸速度小得微乎其微——僅為數米每秒，宇航員可以輕而易舉地脫離這兩顆衛星。

脫離火衛固然容易，但要擺脫火星本身的引力桎梏卻難得多。在火衛一所處距離上，火星的逃逸速度仍高達3千米/秒；而在火衛二那里，火星的逃逸速度也有1.9千米/秒。所以，宇航員稍一使勁就能離開火衛一或火衛二，但他們的速度還要加快三四百倍才能脫離火星引力的羈絆。否則，任何東西一旦脫離那兩顆火衛，就會成為一個在環繞火星軌道上運行的新衛星。

先來看火衛二 蒼穹一掛兩天

既然火衛們與月亮差別如此之大，那么，在火星上“賞月”肯定會有許多奇特體驗。先來看看火衛二。

長達66小時的徐升緩降

與月球公轉和地球自轉方向相同一樣，火衛二繞火星公轉的方向也和火星的自轉方向相同，都是自西向東。但火衛二公轉一周只要30.3小時，同火星24.6小時自轉一周相差無幾?；鹦窃谧赞D的過程中固然會把火衛二甩在后面，但火衛二緊追不舍。

于是，在火星上“賞月”的人將會看到：火衛二雖然也像月球一樣東升西落，但落山卻遠不及月球那么快。要是火衛二的公轉速度再快一些——快得正好能趕上火星的自轉，它就不會被火星的自轉甩在后面了。這時，在火星上“賞月” 的人將會看到，這個“小月亮”逗留在天空中，既不上升也不下落。這種公轉周期與行星的自轉周期相等的衛星叫作“同步衛星”，它永遠固定在其所屬行星表面某一點的上空。

火衛二不是同步衛星，但它的公轉速度已經快要趕上火星的自轉速度了，因此其東升西落極其緩慢。如果立于火星之上，人們將會看到火衛二從東方地平線升起到西方地平線落下，歷時竟達66小時。而接下來的66小時，火衛二則會始終隱沒在地平線下，然后重新“月出東山”。

一次露臉“月相”循環兩次

正如月球始終以其同一面朝向地球那樣，火衛二也始終以其同一面朝向火星。也就是說，火衛二的自轉周期與其公轉周期相等，同為30.3小時。在火衛二上，一晝夜的長度——它相對于太陽自轉一周所需的時間——就是30.3小時。而它在30.3小時內又經歷了全部的“月相”變化：從“新月”到“滿月”，又復歸于“新月”。因此，在火星“賞月”者的天空中，火衛二從東方地平線上露頭開始，須展示兩次完整的“月相”循環，并且要再過5小時，才沉落到西方地平線下。

如果肉眼能夠看出火衛二的圓缺變化，這種情景定然會給“賞月”者留下十分深刻的印象。遺憾的是，火衛二的視圓面太小，只有用望遠鏡才能看清楚上面所說的一切。對于肉眼而言，只能看出火衛二的亮度經歷著從最亮（“滿月”時）變到最暗（“新月”時），又從最暗到最亮的變化。同時，火衛二上升到天頂時，會離“賞月”者較近，因而較亮；下落到地平線時，離“賞月”者較遠，因而較暗。

不過，由于太陽和火星的參與，火衛二的“月相”循環經常會被更宏大的“插曲”攪亂。在火衛二位于地平線以上的時段，太陽在火星的天空中至少要東升西落兩次。當太陽出現在天空中時，火衛二不會是“滿月”，有時陽光還會把它“淹沒”。在火星上的夜間，太陽不再出現于天空中。在火衛二本應成為“滿月”時，卻又會發生“月食”——火衛二鉆進了火星的影子。

火衛一更有趣 邊快跑邊變臉

火衛一比火衛二還要迷人，由于它的公轉比火衛二要快很多，更讓人們看到了火星“月亮”善變的臉。

“跑步健將”西升東落

火衛一每7.65小時就繞火星公轉一周，這比火星自轉一周快得多。在太陽系中，這種情況絕無僅有?；鹦l一越過火星上的“賞月”者快快往前跑，因而“賞月”者將會看到這個“月球”竟然是西升東落的。

如果火星根本不自轉，那么，火衛一從西方升起到東方落下所經歷的時間就應該是其公轉周期之半，即約3小時50分。但實際上，火星也朝著同一方向自轉，所以火衛一從露出西方地平線到沒入東方地平線，實際需歷時約5個半小時。

火衛一遍歷一次完整的“月相”變化約需7.5小時，因此“賞月”者可以眼看著這個“小月亮”在天空中一邊跑一邊改變著自己的形象。和火衛二一樣，當火衛一變成“滿月”時，它也會鉆進火星的影子從而發生“月食”。當它處于“新月” 前后時，又會被烈日的光輝所“淹沒”。

“賞月”緯度有限

火衛一過于靠近火星，還會造成另一種奇景。由于月球的軌道平面與地球的赤道面有較大的傾斜夾角，所以我們即使在地球的兩極，有時候也能看到月球升得相當高。如果月球的軌道平面恰好與地球的赤道面重合，那么，位于地球赤道上任何地方的觀測者都會看到，月球在每天東升西落的中途恰恰經過他上方的天頂。但在北半球或南半球的觀測者看來，月球卻總是偏于南邊或北邊，絕不會直達天頂。而且，越是靠近南北兩極，所看到的月球在天空中的位置也越低；在十分靠近兩極的地方，觀測者將會看到月球幾乎是貼著地平線轉動的。

這種“如果”就發生在火星上?；鹦l一和火衛二的軌道平面都與火星的赤道平面相當接近：火衛一的軌道面相對于火星的赤道面僅僅傾斜1.1°，火衛二的軌道面也僅傾斜1.8°。因此，如果“賞月”者前往相當接近火星兩極的地方，就會看到這兩個“小月亮”幾乎是在貼著地平線轉圈，在某個方向上，它們可以高出地平線1°以上，而在相反方向上又沉到地平線以下1°有余。

實際情況甚至比這更糟?；鹦鞘且粋€球體，它不是平的，站在兩極附近的人不可能看見赤道附近的東西，因為在兩極與赤道之間鼓起的球體擋住了視線。兩個火衛離火星的赤道很近，它們永遠隱沒在兩極的地平線下，因此，站在火星兩極的人永遠沒有“賞月”的機會。

火衛一

火衛二

在火星上“賞月”，要受到緯度的限制 制圖/王梓含

火衛二離火星還算比較遠，火星上緯度不超過83°的地方都可以看見它?；鹦l一離火星就更近了，位于火星北緯70°以北或者南緯70°以南的觀測者是永遠看不見它的。

舉頭望星空 火星“滿月”有多亮

當火衛呈“滿月”狀且位于天頂附近時，就應該比其他任何時候都更明亮。在火星赤道上，如果火衛在半夜時分到達天頂，就該發生這種情況，可惜此時它們又恰好鉆進了火星的陰影，不再被看見。

實際上，當火衛最亮時，火星上的“賞月”者將會看到它們呈小小的卵狀?；鹦l的長徑總是直接指向火星，所以幾乎與“賞月”者的視線方向重合。這意味著在火星上看見的火衛一長度是22千米，寬度是18千米；火衛二的長度是12.2千米，寬度是10.4千米。由此可見，當它們位于天頂時的視大小，都比月球小得多——火衛一在天頂時的視直徑不及月球的一半，視面積僅為月球的1/7；在地平線時的視直徑僅為月球的1/4，視面積則為月球的1/15?；鹦l二的視大小又比火衛一小得多，即使在最大時，它看上去也只是一顆明亮的星星而已。

當火衛被發現之后，曾有不少作品談論“火星的兩個月亮”，浪漫地設想火星上的情侶將比地球上的情侶有更多的幽會佳期。只可惜，火衛的視大小遠不如我們的月亮那么顯眼，它們的光輝也遠遠比不上我們的月亮。

那么，當它們最亮時究竟可以有多亮呢？和月球相比，火衛離太陽更遠、反射光的能力更差、視面積也更小，綜合這些因素后，我們可以推算出，在火星上看到火衛一的亮度至多只有地球上所見滿月的1/16，而火衛二的亮度則不足滿月亮度的千分之二。然而，在火星的天空中，它們依然是除了太陽以外最亮的天體。

火星天空中的亮天體天體 最亮時的星等火衛一 -9.6火衛二 -5.1地球 -4.5木星 -3.1金星 -2.6天狼星 -1.4月球 0.0

在火星上看地球的啟示

放眼火星蒼穹，除了太陽，最亮的恒星是天狼星，這與在地球的天空中完全一樣。在那里，除了太陽和火衛，還有3個天體也經常比天狼星更亮，它們分別是地球、木星、金星。

站在火星上回望地球，地球也成了一顆明亮的星星，亮度在火星夜空中居第三位。在火星上看到的地球，幾乎與地球上看到的金星一般亮，其亮度幾乎可達火衛二的3/5，而且它比火衛二更惹人注目，其原因在于月球就在地球近旁。

火星上的觀測者將會看到，地球和月球宛如一對“雙行星”，它們的最大角間距可達24′，這相當于在地球上看見的滿月角直徑的3/4?；鹦巧系挠^測者還會看到，月球可以亮到0.0等；這雖然只有地球亮度的1/70，但仍不失為天空中的一顆明星。

火星上的觀測者很快就會注意到，月球始終在地球近旁來回晃動。同時，他還會看到，整個地月系統在太陽附近來回晃動：它們從太陽的一側徐徐向太陽靠攏，直到“淹沒”在陽光中；過段時間，它們又開始在太陽的另一側露頭，并且離太陽越來越遠；遠到一定程度，它們又慢慢返回，再度“淹沒”于陽光之中……

對于火星上的觀測者而言，月球顯然是在繞著地球轉動，就像伽利略在望遠鏡中看見4個大木衛正在環繞木星轉動一般。這位觀測者根據簡單的類比就會明白，地球必定正在帶著月球一起繞太陽轉動。

火星上要是也有土著的古代天文學家，他們馬上就會想到：天體并不總是繞著火星轉動的，它們可以環繞其他天體轉動。他們大概不會像絕大多數古希臘天文學家囿于地心宇宙體系那樣執著地信奉“火心”宇宙體系，而是會及早領悟到所有的行星都繞著太陽運轉，從而牢固地確立起“太陽系”的概念。

可以設身處地想一下：要是金星也有一顆像我們的月球那樣的衛星，那么，地球上的古代天文學家也許就能因目睹這顆衛星環繞金星運動而得到啟示，從一開始就建立起某種日心宇宙體系了吧！