火星為何“忽明忽暗”?

　　古希臘著名天文學家喜帕恰斯(Hipparkhos，公元前100年左右)提出了視星等的概念，用來标定天體亮度。經過數千年的發展和衍生，視星等成為了一個區間為[-38,36]的評價體系：數字越大代表越暗，數字越小則越亮。例如，從地球上看太陽亮度在-26.7左右，肉眼無法直視;但如果視星等比 6還大，就超過肉眼從黑暗中辨别光亮的極限。

　　對行星而言，距離地球越近、體積越大、太陽光照越強、表面反射越強，當然也就越亮，視星等越小。如果把五大行星在21世紀初的視星等繪制出來，它們看起來效果完全不同。

2000-2022年五大行星視星等對比圖

　　水星距離太陽最近，但它也是太陽系内最小的行星，且距離地球并不近，時常淹沒在太陽的光輝中，亮度變化很大，隻有早上和黃昏才偶爾可見;金星是平均軌道距離地球最近的行星，體積和質量與地球相當，靠近太陽，也成為看起來最亮的行星，白天都容易肉眼看到;木星和土星距離地球很遠，但它們體積巨大，分别是地球的1300和700倍，總體上能在夜晚用肉眼穩定看見。

太陽系曾經的九大行星(包含冥王星對比)真實體積大小對比，天王星、海王星、冥王星太遠肉眼無法看見

　　而地球另一個鄰居火星，體積僅為地球約15%，接收到的太陽光強度較弱，距離地球在0.6億-4億千米不等，導緻它的視星等變化極大，在 [-2.9，1.8]之間。火星有時比木星都亮，有時卻比最遠的土星、甚至最小的水星都要暗，用“熒熒如火”形容恰如其分。

　　紅色的奧秘

　　火星在幾乎所有的影視作品中都被描述成了橙紅色，甚至肉眼從望遠鏡仔細觀察可以看出來，這也是它與火“結緣”的重要原因。随着研究的深入，科學家才逐漸揭開火星表面呈現紅色的神秘面紗：發紅的氧化鐵!

　　鐵元素在古老的火星還有活躍地質活動時被帶到表面，在漫長時間裡與氧原子發生化學反應并保持穩定。随後火星逐漸陷入沉寂，失去了穩定的元素循環過程，它們也滞留表面。

　　火星依然保有稀薄的大氣，平均密度和氣壓不足地球海平面附近的1%，近乎真空。盡管二氧化碳占空氣比重超過95%，但溫室效應依然忽略不計，這導緻日照和黑暗區域依然産生一定溫差和氣壓差，風由此産生。火星表面極度幹燥，長期被隕石沖擊和風蝕影響下沙土變得極為細密，在狂風甚至動辄席卷全球的風暴作用下，紅色沙塵遍布全球，看起來更加“熒熒如火”。

哈勃太空望遠鏡在2016年5月12日拍的火星照片，可以看到火星存在薄薄的大氣

　　這種風沙甚至成了不少火星探測任務的噩夢，例如功勳火星車“機遇”号，它工作了超過15年之久，期間最大的挑戰就是來自遮天蔽日的火星沙塵暴。任務最後階段，由于在沙塵暴中休眠後喚醒數百次未果，最終遺憾落幕。

　　火星與地球的“奇特相遇”

　　以太陽為中心來看，火星處在更外側，速度更慢，運行的周期更長。地球處在内側，速度更快，運行的周期更短，二者會每隔大約780天相遇一次，又叫做一次會合周期。利用這個時間節點之前幾個月的發射窗口，人類探測器可以“抄近路”探測火星。例如，2020年7月是一次新的窗口期，阿聯酋、中國和美國在同一個月内相繼執行了火星探測任務，目前探測器均在飛往火星的路上。

地球和火星的軌道周期、會合周期示意圖

　　但如果從地球來看，這個地球和火星又一次“相遇”的過程就比較奇怪：明明火星在前面領跑，慢慢就停下來，然後竟然往回退，開始“逆行”，持續時間長達幾個月。

NASA的帕薩迪納觀測中心在2014年(左)和2016年(右)觀測到的兩次火星軌道“逆行”現象

　　會合周期是約2年2個月，這意味着逆行現象的拐點每次都會發生在不同月份，也對應不同的黃道星座和二十八星宿。在中國古代曆史中，心宿二和它附近的心宿一、心宿三是皇帝、太子和庶子的意思。當火星順行-逆行拐點(被稱作“留”)在天蠍座的心宿二附近時，古代都認為災難即将降臨，是最不祥的天象，甚至用一個專有的名字“熒惑守心”形容這種現象。

　　當然，在今天的科學眼光看來，這是封建迷信年代的愚昧而已。因為這種天象早在太陽系形成之後，就在不斷上演，絲毫不受人類認知的影響。地球和火星的曆史都在45億年以上，而現代人類的出現時間僅以萬年為尺度來記，渺小不堪。

　　不過慶幸的是，人類終于在20世紀邁入航天時代還向宇宙中發射了很多探測器，逐個解開人類曾經未知的奧秘。下一站，就是火星!

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