天文史上的今天七夕节火星卫星和它背后的爱情故事

时间：2020-07-30

天文学爱情故事

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1877年，火星大冲。全球掀起了观测火星的热潮。在此期间，火星的两颗小卫星分别在1877年8月12日和8月18日晚间被发现。

太阳系的八大行星，左边四个和右边四个，性质完全不同。火星，是一颗类地行星

太阳系里有八大行星，根据基本性质，可以粗略进行大的分类，前四个一组，后四个一组。最粗略的说，水星，金星，地球和火星基本是由岩石构成的，是围绕太阳转的“大石块”；木星，土星，天王星和海王星呢，都是体型巨大，由大量气体组成的星球。前四颗因为以地球为代表，叫“类地行星”，后面四颗则以木星为代表，叫做“类木行星”。飞船可以着陆在一颗类地行星表面，但是永远不可能着陆到一颗类木行星上，因为它根本就没有固体表面。

类地行星有很多特点，其中有一点就是：相比类木行星，它们的卫星数量要少得多。这一方面是因为它们本身质量小，引力相对小，另外相对接近太阳，受到太阳的引力影响也会比较大；

水星和金星是光棍，地球是一夫一妻制，只有一个月球跟着地球，虽然现在两人间关系不太好，月球正慢慢离开地球，迟早分手；但是火星就不一样了，火星左拥右抱，有两个小卫星。

今天，说说火星卫星的发现故事。

1610年，伽利略首次将望远镜指向夜空

来源：wiki

火星的两颗小卫星和地球的卫星“月球”大小对比，从左到右：火卫二，火卫一，月球

来源：wiki

在1610年，意大利天文学家伽利略发现木星存在卫星之后，人们自然就开始怀疑火星是否也可能存在卫星。

令人惊奇的是，乔纳森·斯威夫特所著，于1726年出版，后来变得非常有名的《格列佛游记》中，在第三卷中提到“拉普塔”的天文学家们发现了火星的两颗卫星，分别在距离3倍与5倍火星直径的距离上围绕火星运行，它们围绕火星公转的周期分别是10个小时和21.5个小时。这一描述的确令人震惊，因为在斯威夫特的小说出版一个多世纪之后，人们发现火星真的拥有两颗卫星，它们到火星的距离分别是1.4倍和3.5倍火星直径，公转周期分别是7.66和30.35小时。

《格列佛游记》，你看过吗？

来源：

《格列佛游记》中的“天空之城”laputa，宫崎骏的电影《天空之城》素材便取自这里

来源：豆瓣

斯威夫特究竟是怎么做到的？有人甚至怀疑他是否破解了火星人在地球上留下的密码。但大多数史学家的观点是斯威夫特可能只不过是根据当时对卫星数目的认识“歪打正着”。什么意思呢？当时的人们已经知道水星和金星没有卫星，地球有一个卫星，木星有4颗卫星（当时只发现了4颗最大的卫星，也就是所谓的“伽利略卫星”），于是斯威夫特可能设想，火星应该有两颗卫星。

再考虑火星相对木星近得多的距离，到那时候还未被发现存在卫星，可以合理推测如果它真的有两颗卫星，那么这两颗卫星必定非常小，并且非常靠近火星。根据以上这些，斯威夫特是有可能对火星卫星的大小和周期做出相对精准的推测的。

那么真实的历史上，火星的两颗卫星是如何被发现的？

木星的4颗伽利略卫星：从上往下：木卫一，木卫二，木卫三和木卫四。其中木卫三是太阳系最大的卫星，比水星还大

来源：NASA

火星卫星的发现，离不开一个人，那就是阿萨夫·霍尔（Asaph Hall）。霍尔1829年出生于美国康涅狄格州，1857年在哈佛大学担任助理教授，不久之后又到美国海军天文台担任助手。之后一直到1895年，霍尔才会回到哈佛大学，并担任天文学教授职位。发现火星卫星的故事，正是发生在霍尔在海军天文台工作期间。

今年7月底，火星发生大冲，大冲时火星地球和太阳呈一直线，此时的火星特别明亮，距离地球也几乎最近，是观测火星的最佳时机。

而1877年同样上演了火星大冲。全球各地的天文学家们都对火星进行了密切观测，比如意大利的天文学家斯恰帕拉利，他觉得自己在火星上看到了“河道”，后来一传十，十传百，就变成说他看到了“运河”——人工开凿的那种。于是还掀起了火星人故事的热潮。当然这是另外一个故事了。

阿萨夫·霍尔

来源：wiki

火星大冲示意图，太阳，地球和火星大致成一直线

来源：SPACE.COM

阿萨夫·霍尔也觉得，1877年是观测火星的好机会。我不知道他有没有看过格列佛游记，或许看过。但不论如何，霍尔决定，利用这个好机会，借助美国海军天文台的26英寸（66厘米）折射式望远镜，对火星可能存在的卫星进行搜寻。

一开始，他的搜寻毫无收获，日复一日的两手空空让霍尔开始怀疑自己所做的决定是否正确，自己是否在浪费时间？好在霍尔得到自己的妻子斯蒂克尼的鼓励，继续进行搜寻观测。

然后，幸运之神就真的来了。霍尔先后在1877年8月12日8月18日夜间发现了火星的两颗卫星！按照古希腊神话，这两颗小卫星分别被命名为“福波斯”（Phobos，火卫一）和“德莫斯”（Deimos，火卫二），前者意为“惊恐”，后者意为“恐惧”，他们在希腊神话中都是战神玛尔斯（Mars，火星）的战场随从。

这两颗卫星真的非常小，火卫一直径20多公里，火卫二直径则仅有10多公里，相比之下，月球的直径达到3470多公里。

斯蒂克尼·霍尔，天文史上最关键的鼓励，霍尔在1878年曾经亲口提到，如果不是斯蒂克尼的鼓励，他可能就不会坚持下去，也就不会发现火星的卫星了

来源：wiki

火卫一，注意最右边那个巨大的撞击坑，这就是斯蒂克尼撞击坑

来源：NASA

火卫二，直径只有十几公里，非常小

来源：NASA

如果站在火星赤道附近，抬头观察它的两个“月亮”，那么火卫一大概相当于从地球上看到满月亮度的1/3。而相比之下，距离比火卫一远2.5倍，直径又仅有前者一半不到的火卫二就要小得多得多。事实上，它看上去更像一颗明亮的星星，可能只比我们傍晚或者清晨看到的启明星或者长庚星（金星）更亮一些。因此，在火星上不可能看到日全食，因为这两颗小“月亮”实在太小，没有办法完全遮挡太阳。

和月亮一样，这两颗小卫星都处于潮汐锁定状态，只会以一面面朝火星。但它们的运动比较特别，尤其是运动比较快的火卫一。它会在西边升起来，东边落下去，短短11个小时之后再次升起来。我们知道火星自转一圈大约是24小时多，也就是说，火卫一转的要比火星快得多，这样一来，在火星引力“拖拽”作用下，火卫一将逐渐减速，轨道随之逐渐下降。未来某一天将会坠落火星表面。

火星两颗卫星的运行轨道

来源：wiki

喏，火卫一遮挡太阳的照片，没有办法完全遮挡日面

来源：NASA

两颗火星卫星之间的“相互遮掩”

来源：NASA

另外，值得一提的是，为了纪念霍尔的妻子斯蒂克尼在发现火星卫星的历史上做出的贡献，1973年，根据“水手9号”飞船拍摄的图像，国际天文学联合会将火卫一上最大的一个撞击坑被命名为“斯蒂克尼撞击坑”（Stickney Crater）。

编者按：

《天文史上的今天》栏目是老严的一次个人历险，试图通过坚持365天，完整记录一年中每一个日子在人类漫长的天文历史中留下的印记。

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