作者：呂博瀚

中國科學院國家空間科學中心

中國科學院月球與深空探測總體部

衛星是指環繞一顆行星按閉合軌道做周期性運行的天體，可分為人造衛星和天然衛星。在太陽系内，除水星和金星外，其他行星均有衛星環繞。月球作為第一個人類曾經登陸過的地外天體，就屬于地球的天然衛星。

火星作為太陽系八大行星之一，同樣擁有兩顆天然衛星，它們以古希臘神話中戰神阿瑞斯（Ares）的兒子命名——福布斯（Phobos）和狄默斯（Deimos）。

早在1726年，喬納森·斯威夫特就受到伽利略借助望遠鏡發現木星衛星的啟發，在小說《格列佛遊記》中提出猜想：火星上可能有兩顆較小的衛星，衛星圍繞着火星旋轉，前一顆每10小時繞火星一周，後一顆每21.5小時繞火星一周。這個猜想雖然與火星的真實數據有差距，但是作為一個猜想已經很偉大了。

火星的衛星——遠近相映

一百多年之後，1877年，阿薩夫·霍爾先後在美國海軍天文台發現了火星的兩顆衛星——火衛一（Phobos）和火衛二（Deimos）。1971年11月-12月，美國的水手9号探測器最早拍攝到了火衛一和火衛二的照片。

Figure 1 Deimos（圖片來源：NASA）

Figure 2 Phobos（圖片來源：NASA）

火衛一是火星兩顆衛星中較大的一顆，形狀類似馬鈴薯，質量為9.8×1015kg，輪廓尺寸為26.6km×22.2km×18.6km，距火星平均距離約9378km，這個距離比任何其他已知行星的衛星都要近，軌道周期7小時39分，環繞火星運動的速度大于火星自轉速率，所以火衛一每天可圍繞火星運動3圈。

火衛二是火星兩顆衛星中離火星較遠也是較小的一顆，質量為2.0×1015kg，輪廓尺寸為15km×12.2km×11km，距火星23459km，軌道周期30小時18分。

火衛一和火衛二的軌道并不“穩定”，同地月關系一樣，火星和它的衛星之間同樣存在潮汐力的影響。當引力源對物體産生力的作用時，由于物體上各點到引力源距離不等，受到的引力大小不同，從而對物體産生撕裂效果，這種引力差就是潮汐力。目前，火衛一的軌道正在慢慢變小，2015年發表在英國《自然-地球科學》上的一篇論文顯示，火衛一正在以每年1-2m的速度接近火星，可能在2000萬年到4000萬年以後因潮汐力分崩離析，而産生的碎掉的顆粒可能在火星周圍分散開來，形成圍繞火星的行星環。而火衛二卻正在慢慢遠離火星。

與其他天然衛星相比，火星衛星的體積太小，當火衛一和火衛二在太陽前越過時甚至不能完全覆蓋太陽，僅僅會出現一顆穿越太陽表面的小黑點，形成環形日食。下圖就是美國好奇号探測器拍攝的日食過程。

Figure 3（圖片來源：NASA）

Figure 4（圖片來源：NASA）

火星衛星的起源目前仍有争議，目前有兩種學說。第一種是俘獲說，即火星的兩顆衛星都是被捕獲的小行星。另一種是撞擊說，即火星的衛星是火星與其他天體撞擊濺射出來的。

為什麼要研究火星的衛星？

人類對宇宙的探索永無止境，強烈的求知欲和好奇心是推動人類進步的強大動力，正是在這種強大動力的驅動下，人類開啟了對火星的探索。然而，地球與火星的最遠距離可達約4億公裡，将信号從火星發回地球将産生10~20分鐘的延遲。倘若将火星的衛星作為探測火星的“前哨站”，宇航員則可以在“前哨站”上直接遙控火星表面的探測器進行工作，避免信号延遲等問題。

若人類想要将火星的衛星建設成為探測火星的“中轉站”，就必須對火星的衛星進行比較細緻的探索。日本航空航天勘探局（JAXA）公布了火星衛星探測MMX任務（The Mars Moons Exploration），MMX任務将聚焦于火星的衛星探測，探測器本身将對兩顆衛星進行近距離遙感探測和原位探測，拟解決包括探究火星衛星的起源，是否含有水冰等科學問題 。

探索是人類文明發展和社會進步的推動力，其中太空探索更是對研究太陽系起源及演化、生命起源及演化等重大科學問題具有重要意義。作為距地球最近的類地行星之一，對火星及其衛星探測及研究是近年來深空探測的最大熱點，是未來深空探測領域的重要目标，也是我國從航天大國邁向航天強國的必由之路。

Figure 5 MMX概念圖（圖片來源：NASA）

參考資料：

[1]歐陽自遠,肖福根.火星及其環境[J].航天器環境工程,2012,29(06):591-601.

[2].日本火星衛星探測(MMX)任務及其有效載荷[J].航天返回與遙感,2018,39(06):111.

[3]蘭順正. 日本探索火衛一的意義很大但風險不小[N]. 中國航天報,2020-03-21(001).

[4]張夢然. 火衛一正走向“自我毀滅”[N]. 科技日報,2015-11-26(002).

[5]于登雲,孫澤洲,孟林智,石東.火星探測發展曆程與未來展望[J].深空探測學報,2016,3(02):108-113.

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