火星天文学

本文提供了从火星观测到的天文现象的信息和图像。许多情况和地球上所观测的相同或相似，但有时候却截然不同，比如说，傍晚和凌晨时观察到的地球景象。

季节

火星的轴面刃倾角为25.2°，和地球的23.45°相当接近。因此和地球一样，那里也有春、夏、秋、冬。和地球一样，南北半球在相对的时段都有夏季和冬季。

然而，火星却比地球的离心率大得多，因此每个季节的长度不同，程度甚于地球：

这意味着南北半球的冬和夏的长度和强度均不同，北方的冬天温暖但短暂(因为火星在近日点附近速度快)，而到了南方，冬天则又长又冷(火星在远日点速度缓慢)。同样北方的夏季长且冷，南方的夏天短且热。因此，南半球比北半球的极端温度要大得多。

火星上由于缺乏江河湖海这样的水体及其他产生缓冲效应的类似因素，其季节滞后仅仅一两天而已。因此，火星上春季的温度大致上是夏季的镜像，秋季的温度相当于冬天的镜像。如果火星是个圆形轨道，夏至和冬至后的一两天就会出现最高温和最低温，而不像地球上的大约一个月之后。春季温度与夏季温度之间的唯一差异是因火星轨道较高的离心率所致：北方春季时的火星比北方冬季时距离太阳远，所以春季正巧比夏季稍凉，秋季比冬季稍暖。然而，在南半球情况恰恰相反。

当然，春夏的温度变化比发生在火星上的一天的巨大变化小多了，正午当地的温度可以达到极致，但到了半夜一落千丈，到另一个极端，和地球上的沙漠地区类似，只是明显得多。

有趣的是，地球(或火星)的轴面刃倾角和离心率并非固定不变，而是随着太阳系其他行星产生的引力干扰而发生变化，当然这一般都发生在几万或几十万年的时间上。因此，地球通常的离心率大约在l％徘徊，可以增至6％。到遥远的未来的某一天，地球电得对付长度截然不同的季节所产生的相关问题，更不用说随之而来的气候异常。

除了离心率之外，地球的轴面刃倾角也可在21.5°～24.5°间变化，而且这个“倾斜周期”为41 000年。科学家相信，这些周期变化和其他类似的周期变化(比如说“米兰科维奇周期”)导致了冰河时代。相比之下，火星的轴面刃倾角变化比地球大得多，为15°～35°，周期时间长达124 000年。据最近的探测数据显示，火星的轴面刃倾角变化可以大到0°～60°。显然，地球的卫星——月球在控制地球的轴面刃倾角方面发挥着重要的作用，而火星没有这样的稳定化因素，所以其轴面刃倾角的变化会混乱不堪。

天空的颜色

在黎明和黄昏时分，火星天空的颜色呈红色，略带粉红，但临近日落时为蓝色，这与地球上正好相反。在火星的白天，天空呈现“奶油糖果”颜色，即黄褐色。在火星上，瑞利散射的影响通常都非常小，科学家认为这是由于火星尘埃中含有1％的磁铁矿所致。由于火星大气中灰尘的影响，在火星上黄昏和黎明持续时间很长。有时候，由于云层中冰冻微粒散射光的缘故，火星天空呈紫色。

制作精确的真色火星图像极其复杂。在公开的复制图像中，火星天空的颜色已经有很大变化，其中许多图片经过处理以增大科学价值，而不是在展示其真实的色彩。

地球与月球

从火星上看，地球就像金星一样，属于带内行星。肉眼看上去，地球和月球都呈星状，但是通过望远镜则只能看到月牙状的地球，且能够看到一些细节。

如果在火星上观察，能够看到月球环绕地球运行，肉眼就很容易看到。相比之下，从地球上无法用肉眼看到其他行星的卫星，只有通过望远镜才能发现这类卫星。

地球和月球在最大角距时，很容易被看成一对双星，但一个星期之后月球变为一个光点(肉眼可以看见)；再过一个星期，月球到达另一端的最大角距。地球和月球的最大角距因两者之间的相对距离而截然不同：地球距火星最近(接近下合)时大约17’，距火星最远(接近上合)时大约只有3.5’。试比较，从地球看时，月球的视直径为31’。

最小角距不到1’，偶尔也能看到月球凌地球而过或隐没于其后。凌地时就相当于地球上看到的火星隐没在月球后，因为月球的反照率比地球小得多，整体亮度会降低，当然幅度非常小，如果不经心用肉眼则几乎不会发现，因为月球比地球小许多。

从火星上观察，逐日的月球图相对于地球上所看到的要变化大。火星上看到的逐日月球相位变化很小，它与地球的相位匹配，会随着地球与月球环绕太阳旋转而逐渐变化。从另一方面来讲，在火星上人们能够看到月球旋转，轨道周期相同，还会看到月球另一侧的特征，而这一点在地球上是看不到的。

既然地球是一颗带内行星，从火星上偶尔也能看到地球凌日的情景，下一次将发生于2084年。当然也能看到水星和金星凌日。

火卫一和火卫二

火卫一

火卫一

的角直径看上去仅仅是地球上看到的满月的1／3，火卫二

火卫二

看上去有点像恒星，带有一个几乎分辨不出的圆盘。火卫一运行得很快，西出东落；而火卫二东出西落，但运行速度比一个火星日慢数小时，因此自出至落得两天半。

火卫一的最大亮度呈“满月”时大约-9或-10，而火卫二大约-5。相比之下，地球上看到的满月亮度相当大，星等可以达到-12.7。火卫一的亮度足以投影，火卫二仅比地球上看到的金星稍亮一点。当然，正像月球一样，火卫一和火卫二在非满相时要昏暗得多。火卫一的相位和角直径每小时都在变化，这与月球不同，火卫二太小，其相位是肉眼所看不到的。

火卫一和火卫二的赤道轨道都为低倾角，距火星的环绕距离较近，所以火卫一在北纬70.4°偏北或南纬82.7°偏南都看不到。在高纬度(小于70.4°)会看到火卫一角直径明显较小，因为距离遥远；从赤道观察火卫一就会看到火卫一角直径在出没时也明显要小于上空时分。

在火星上能够观察到火卫一和火卫二凌日的情景。火卫一凌日也可称为火卫一偏食日，因为火卫一的角直径只达到太阳直径的一半；然而，凌日这个术语用于火卫二再合适不过，因为它在太阳的圆盘上只就那么一个小点。

既然火卫一的赤道轨道是低倾角，那么季节性的变化就会发生在火卫一的阴影投射到的火星表面的纬度位置，从最北到最南循环往复。在火星的任何一个地理位置，每个火星年都有两个间隔时间，期间火卫一的阴影通过，在那个地理位置，火卫一凌火现象在每个间隔段会出现六次左右。火卫二也差不多，只是每段间隔时间凌火现象要么不出现，要么只出现一次。

显而易见，阴影总是落在“冬半球”，春分和秋分时经过赤道除外，因此火卫一和火卫二在火星北半球和南半球的秋冬

两季都会发生，远离赤道时，会离冬至更近一些。不管怎么样，发生凌火的两个间隔时间在冬至前后，大体上对称(然而，火星轨道的大离心率使其无法真正对称)。

火星“月球”的快速运行创造了这样的可能性：可利用这一点进行太空导航。尤其是它们在恒星中的位置可以用来准确地确定全球时间，再加上观察太阳得到的当地时间知识，可以用来确定观察者所处位置的经度。在地球人类历史上，这就是确定经度的所谓“月球距离法”，但是因为月球的速度慢得多，所以被约翰·哈里森发明的相当准确的精密计时器所取代。地球上的“月球距离法”有另一个难题，月球的质量与其距地的远距离使得确定其轨道成为一个三体问题，超出了早期天文学家的计算能力。

火星上的观察者也能看到火卫一和火卫二的“月食”，火卫一在火星阴影中只持续1小时，火卫二需要2小时。令人吃惊的是，尽管其轨道基本上是在火星赤道水平，且很靠近火星，但有时火卫一会逃避被食。

火卫一和火卫二均同步绕转，即从火星表面看不到“另一侧”。虽然火卫一的轨道为低倾角和离心率，就像地球的月球一样，天平动的现象也能发生在火卫一上。由于火卫一近距离所产生的天平动和视差的影响，从高低纬度以及火卫一的出没观察，在火星表面的任何一个位置的任何时间能够看到的火卫一表面总体覆盖面远大于50％。

火卫一表面的一边可能看到巨大的斯蒂克尼火山口，从火星表面肉眼都能很容易看到。

流星和流星雨

因为火星的大气在相对透明的光波长度，所以偶尔也有流星。当地球与彗星交叉时，地球上会发生的流星雨，自然火星上也有流星雨，虽然与地球上情况不同。

“勇气”号于2004年3月7日从火星上拍摄到第一例流星，人们认为这是114P／怀斯曼一斯基孚彗星为母体的流星雨的一部分。因为光源来自仙王星座，所以可以称为火星上的“造父变星”。

就像在地球上一样，当流星大到足以撞击地面(不是在大气中完全燃烧)，它就变为陨石。火星上发现的第一块陨石是挡热岩。月球上发现的头两块陨石是在“阿波罗”计划中发现的。

极光

火星上也有极光，但不像地球上那样发生在两极，因为火星没有全球性的磁场。火星上的极光发生在火星外层的地磁异常处，这种磁异常属于早期火星拥有磁场时的残余。火星极光非常特别，在太阳系的其他地方是看不到的。人类的肉眼也可能看不到，因为基本上是紫外现象。

天极与黄道

火星轴的方向如此：其北天极在R.A.21h10m 42s Deel.+52°53.0’的天鹅座(或更精确地说位于317.67669+52.88378，靠近R.A.21h10m 15.6s Deel.+53°33’48”的第六等恒星BD+522880(也称为HR 8106，HD 201834，或SAO 33185)。

天鹅星座顶端的两颗星，萨德尔和天津四，指向介于天津四与仙王座α之间的火星北天极，比前者小10°，比萨德尔和天津四之间的视距稍大。因为接近此极，天津四在火星的整个北半球从来不落。除了接近赤道的区域，天津四永远都围绕北极运转。天津四与萨德尔的方向可以用来确定恒星时。

火星的北天极距银道面也仅几度，因此银河一直都能看到，尤其是天鹅座区域。

南天极位于9h10m 42s和-52°53.0’，距9h 22m 06.85s-55°00.6’的2.5等星维洛，鲁姆K仅2°。

火星黄道十二宫

和地球的黄道十二宫几乎相同——两个黄道平面互倾角毕竟只有1.85°，但是在火星上，太阳在鲸鱼座停留6天，期间离开然后再进入双鱼座。二分点和二至点也不同：在北半球，春分在蛇夫座，夏至在宝瓶座和双鱼座边界，秋分在金牛座，冬至在室女座。

就像在地球上一样，岁差将导致二分点和二至点成千上万年绕行黄道十二宫。

就像在地球上一样，岁差的结果使得北天极和南天极绕行一个大圈，但是在火星上，这个周期是175 000地球年而不是地球上的26 000年。

就像在地球上一样，岁差还有第二种形式：火星轨道的近日点变化缓慢，使得近点年与恒星年不同。然而在火星上，这个周期为43 000年，而不是地球上的112000年。

在地球和火星上，这两种岁差方向相反，因此地球上的回归年和近点年之间岁差周期为21 000年，火星上27 000年。

长期变化

就像在地球上一样，火星运转周期(其日长)在降低；然而，这种影响小于地球的三个数量级，因为火卫一的引力效用可被忽略，这个效用主要是由于太阳。在地球上，月球的引力影响有更大的效用。到遥远的未来，地球上一天的长度最终将和火星一样，然后超过火星一天的长度。

就像在地球上一样，火星上有“米兰科维奇周期”影响，使得其轴面刃倾角(倾斜度)及轨道偏心率在长时期内发生变化，随之对其气候产生长期效用。火星轴面刃倾角变化比地球大得多，这是因为它缺乏像地球的月球那样的稳定影响。火星的倾斜周期为124 000年，而地球仅需41 000年。

塞多尼亚区

塞多尼亚是火星的一个区域，这个名称最先用来指星体返照特点(特别颜色区)，地球上可以通过望远镜观察到。今天这个名称包含火星上的三个区域：“塞多尼亚蒙赛”平顶区，“塞多尼亚科莱”多山区和“塞多尼亚兰比林苏”山谷交叉的复合区。和火星的其他区域相同，塞多尼亚这个名字取自古代的Kydonia，它是克里特岛一个著名的城邦。

一群塞多尼亚小山由于其中之一在一定的光照条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，这种现象引起科学界和普通百姓的兴趣。

部位

塞多尼亚位于火星北半球，介于南边火山口密集区与北边相对平坦的平原之间的移行带。有些行星学家认为北方平原原来可能是洋底，塞多尼亚可能是海岸带(当然这还没有专为公论)。

图像

塞多尼亚的详图是“海盗1”号和“海盗2”号拍摄到的。塞多尼亚地区的18幅图中的7幅分辨率大于250m／pixel。其他11张图分辨率均低于550m／pixel，基本上没有研究参考价值。在这7幅较好的图像中，两对图像的光照和时间非常接近，因此实际上只有5幅不同的图像。

该区域的其他部分随后由火星全球测量器、“火星快车”号和火星探测飞船以高分辨率拍摄。

发现

在“海盗1”号1976年7月25日拍摄的一幅图中，位于北纬40.75°、西经9.46°的一座塞多尼亚平顶呈现类人的面孔。最先获得这个图像的时候，“海盗”号首席科学家杰瑞。索芬认为图35A72中的“人面”只不过是光与影的效果。然而，第二张图70A13也显示了这个“人面”，这是绕火星旋转35圈之后在不同的日照角拍摄到的。这后一张图是NASA的戈达德太空飞行中心两位计算机工程师文森特，迪皮特罗和哥列格里·莫里纳尔搜索NASA档案时发现的，当时他们发现35A72和70A13两幅图归档不对。

公众的迷恋

火星表面会有一个像人类面孔的东西，这吸引了所有对外星智慧和外星人造访地球有兴趣的个人和组织的浓厚兴趣，这些图像也就是在这种氛围下的1977年公之于众的。一些评论员，尤其是理查德·候格兰，认为这个“人面岩”是远逝的火星文明的证据，与其一同遗存至今的还有显明的金字塔，他们认为这是遗址的一角。由一些研究人员对“海盗”原图的分析暗示，“人面岩”的特征不会是观察条件的偶然结果。天文学家卡尔·萨根在其著作《魔鬼出没的世界》中对这种“人面岩”的推测进行了批判。

随后的图像

在“海盗1”号拍摄这些图像20多年后，一连串的航天器都访问了火星，收集到塞多尼亚地区的新数据。这些航天器包括NASA的火星全球测量器(1997～2006)和火星探测飞船(2006～)，以及欧洲航天局的“火星快车”号探测器(2003～)。与相对较低的分辨率拍摄的“海盗”号塞多尼亚图像相比，这些新平台提供了大幅度提高的分辨率，例如。“火星快车”号图像分辨率为14m／pixel或更好。结合“火星快车”号配置的高分辨率立体摄像机和NASA的火星全球测量器上配置的火星飞船摄像机所得到的数据，可以制作再现“火星人面岩”的三维立体图。

今天，人们普遍认可“人面岩”是一种错觉，一种空想性错视。在对火星全球测量器高分辨率数据进行分析之后。NASA称，“详细分析这个特征的多重画面后就会看到一座看上去非常自然的火星山，其致幻的人面模样取决于观察角度和光照角度”。类似的错觉在地球地质学中也能看到，比如说美国的老人山与荒原卫士，正像留着当地美国发形的人头。

大众文化

除了推测其人工来源，塞多尼亚以及“火星人面岩”也经常出现在大众文化中，包括影片、电视剧、游戏、连环画，甚至音乐中。