阿西莫夫最新科学指南·太阳系

　　　　　　　　[美]I. 阿西莫夫　著　　朱　岚　译

火星

　　火星是从太阳数过来的第四颗行星，就在地球的外侧。火星
离太阳的平均距离是2.28×108公里， 当地球和火星在太阳的同
一侧时，这两颗行星可以彼此接近到平均8050万公里（5000万英
里）。由于火星的轨道偏心率较大，有时它和地球相离只有4830
万公里（3000万英里）。这样的近距离接近（大冲）每32年发生
一次。
　　如果我们以恒星为背景来观察，会发现太阳和月球从西方到
东方位置的变化多少是稳定的，而行星的运动要复杂得多。在大
部分的时间里，相对于恒星而言，它们总是夜复一夜地自西向东
运行，但在某些时候，各个行星运行减速，最后完全停止，然后
开始从东向西倒着运行。但这种逆行始终不如顺行，因此，总的
来说每个行星还是自西向东运行，最终在天空中绕一整圈。逆行
最大最显著的就是火星。
　　为什么会这样呢？以前以地球为中心的行星系统很难解释这
种逆行现象，但以太阳为中心的哥白尼系统则很容易解释。地球
以一个比火星更近的轨道环绕太阳，所以绕一圈所要走的距离比
较短。当地球和火星在太阳的同一侧时，地球赶上并超过火星，
使火星看起来好像在往后走。只要把地球的轨道与任何其他行星
的轨道加以比较，就可以解释所有的逆行现象，而这正是迫使人
们相信以太阳为中心的行星系统的一个重要因素。
　　火星比地球离太阳远，所以得到的阳光不大强。火星是颗小
的行星，直径只有6790公里（比地球直径的一半略多一点），有
一层非常稀薄的大气，因此把所得到的阳光反射出来的不大多。
另一方面，它有一个比金星有利的条件。当金星最靠近地球时，
介于我们和太阳之间，因此我们只能看到它的黑暗面。然而，当
火星最接近地球时，是在我们的外侧，因为它距离太阳比较远，
因此，我们看到的是火星明亮的一面，这就使它的亮度大为增加。
在最亮的时候，火星可以达到－2.8星等，此时它是天空中第四个
最亮的天体，仅次于太阳、月亮和金星。然而，这种亮度每隔32
年当火星大冲时才能达到。当它所在的那一部分轨道是在和我们
相对的太阳的另一侧时，由于距离太远，使它只能像一颗具有适
当亮度的恒星那么亮。
　　从1580年以来，丹麦天文学家第谷为了研究火星的运动并对
它未来的位置作出更准确的估计，于是对火星进行了非常仔细的
观察（他没有使用望远镜，因为当时尚未发明望远镜）。第谷死
后，他的助手——德国天文学家开普勒——利用这些观测结果计
算出了火星的轨道。开普勒发现，他必须抛弃两千多年来天文学
家一直坚持的圆形轨道的观念。1609年，他证明行星必须在椭圆
轨道上运行。开普勒的行星系统到今天为止仍然适用，而且毫无
疑问，其基本精神将永远适用。
　　1673年，火星对探测太阳系作出了另一项重要贡献。当时J.D.
卡西尼测定了火星的视差，使人们第一次知道了行星之间的真实
距离。
　　由于有了望远镜，火星不再只是一个光点。惠更斯在1659年
观察到一个黑暗的三角形标志，他命名为大流沙地带。通过追踪
这个标志，他能够证明，火星以大约24.5小时的周期绕它的轴自
转（如今的数据是24.623小时）。
　　因为比地球离太阳更远，火星有一个比较长的轨道，在太阳
引力的吸引下运行得比较慢。它需要668.61个火星日才有公转一
周，相当于687个地球日（1.88个地球年）。
　　火星是我们所知道的惟一一颗其自转周期和地球这么接近的
行星。不仅如此，1781年，W.赫歇耳还证明，火星自转轴的倾斜
方式也和地球非常相似。地球的自转轴比垂直轴（指垂直黄道面
的轴，即黄极轴。——译注）倾斜了23.45°，所以当北极倾向太
阳时，北半球是春天和夏天，当北极倾离太阳时，北半球是秋天
和冬天。南半球的季节则正好相反，因为当北极倾向太阳时，南
极倾离太阳；反之亦然。
　　火星的自转轴比垂直轴倾斜了25.17°， 正如W.赫歇耳通过
仔细观察所证明的那样，火星上的标志移动的方向与火星自转的
方向相同。因此，火星和地球一样有四季的变化，只是它的每一
个季节都是地球的两倍长；当然，也比较冷。


　　　　　　　　图：火星，哈勃望远镜摄

　　1784年发现了另一个相似点，W.赫歇耳注意到，火星的北极
和南极都有冰冠。总的来说，火星比我们在天空中看到的其他任
何一个世界都更像地球。跟月球和水星不同，火星有大气（W.赫
歇耳首先观察到的），但不像金星大气那样厚，也并不充满了云。
　　火星和地球的相似点并没有延伸到卫星，地球有一个大卫星，
就是月球，但是水星和金星却根本没有卫星。火星起初看来也没
有卫星，至少在两个半世纪的望远镜观测中没有发现任何卫星。
　　然而1877年，当火星即将大冲时，美国天文学家A.霍尔决定
在火星附近寻找卫星的踪影。由于从未发现过，所以他以为，如
果存在卫星的话，一定非常小，非常靠近火星，并很可能被火星
的光芒所淹没。
　　他夜复一夜地观察着，到了1877年8月11日，他决定放弃。
他的妻子斯蒂克尼鼓励他再多试一夜，结果在那多干的一夜里，
他真的发现了两颗靠近火星的小卫星。他给它们分别命名为福玻
斯和得伊摩斯，也就是火卫一和火卫二。

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　　福玻斯和得伊摩斯是罗马神话中战神马耳斯（即希腊神话中
的阿瑞斯）的两个儿子。火星的西方名称就叫马耳斯，故有此命
名。今我国对各行星的卫星有统一的定名法则，将福玻斯和得伊
摩斯定名为火卫一和火卫二。——译注
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　　两个卫星中，里面的是火卫一，距离火星中心只有9350公里
（5810英里），换句话说，离火星表面只有6000公里（3700英里）。
它每7.65小时绕轨道一圈，不到火星自转周期的1/3，所以当火卫
一快速前进时，会不断地超过火星表面。因此，如果从火星上看，
火卫一是西升东落。外面的是火卫二，距离火星中心23,500公里
（14,600英里），大约30.3小时绕火星公转一圈。
　　由于这两个卫星太小，即使用最好的望远镜观察，也不过是
个光点而已，所以在发现它们之后的1个世纪中， 除了它们至火
星的距离和公转周期外，其余的一无所知。从卫星的距离和运动
状况，很容易算出火星引力场的强度，从而算出它的质量。结果
表明火星的质量差不多正好是地球质量的1/10， 而它的表面重力
只有地球的3/8。一个在地球上重80公斤的人，到火星上将重30公
斤。
　　然而，火星显然是一个比月球大的世界。火星的质量是月球
的8.7倍，表面重力是2.25倍。粗略他说，在这些方面，火星大约
是介于月球和地球之间。（金星和水星因为没有卫星，所以无法
这样容易地决定它们的质量。我们现在知道，金星的质量是地球
的4/5，水星是地球的1/18。水星的质量大约只有火星的一半，因
此，水星是8大行星中最小的1个。）
　　知道了一个星球的大小和质量，我们可以容易地算出它的密
度。水星、金星和地球的密度都超过水的5倍，分别是5.48、5.25
和5.52。如果这些星球都是由岩石构成的话，这些值比预估值高，
因此人们认为每个行星都含有一个金属核心（这个问题将在下一
章中详细论述）。
　　月球的密度是水的3.34倍， 因此可能完全都是由岩石物质构
成的。火星居中，它的密度是水的3.93倍， 所以可能有一个非常
小的金属核心。

绘制火星图

　　天文学家想绘制火星图，描绘出火星表面上斑点的明暗图样，
这是很自然的事情。对于月球来说，这项工作可以做得很好，但
是对于火星就难办了。火星即使离我们最近时，与地球的距离也
是月球的150倍， 而且还有一层稀薄而暗淡的大气，这是月球所
没有的。
　　然而，1830年，曾经详细绘制过月球图的德国天文学家比尔
将注意力转移到火星：他绘制了第一张显示明暗图样的火星图。
他假定黑暗区域是水，而明亮区域是陆地。问题是其他的天文学
家也自己绘制火星图，各个天文学家所绘出来的图各不相同。
　　最成功的火星图绘制者是斯基帕雷利（就是后来将水星的自
转周期误认为88天的那个人）。1877年，正当火星大冲，使霍尔
得以发现它的两颗卫星时，斯基帕雷利绘制了一张图，它看上去
与以前绘制的任何图都完全不一样，却得到了天文学家的认可。
随着望远镜的不断改进，现在人们都看到了当年斯基帕雷利所看
到的景象，而这张新火星图持续了约一个世纪。斯基帕雷利分别
以古希腊、罗马和埃及地理中的名字为火星上不同的地区命名。


　　　　　　　　　　　图：斯基帕雷利的火星图

　　在观察火星时，斯基帕雷利注意到，在大的黑暗区域之间，
有细细的暗线连接，就好像是海峡连接着两个海一样。斯基帕雷
利使用了一个意大利名词，把这些暗线叫做海峡，这个词译成英
语时被误译成运河，使意思完全变了；海峡是一种自然现象，运
河则是人造的。
　　斯基帕雷利的观察马上引起人们对火星的新兴趣。长久以来，
人们认为火星和地球十分相似，只是比地球小，引力场也比较弱。
火星可能未能保持住它的大部分大气和大部分水，因此可能早已
干涸了数百万年，火星上可能存在的任何智慧生物都必须战胜干
燥才能生存。
　　人们很容易遐想，火星上不仅可能有智慧生物，而且他们可
能有比我们还要先进的技术。火星人可能会开凿运河，从冰冠取
水到温和的赤道附近的农场。
　　其他天文学家开始探测运河，其中最热心的是美国的洛威尔。
他是一个大富翁，1894年在亚利桑纳州建立了一座私人天文台。
那里因为远离城市灯光，有数公里高洁净的沙漠空气，所以能见
度非常好。洛威尔在那里开始绘制一张火星图，详细程度远远超
过斯基帕雷利。最后，他绘出了500多条运河， 同时还写了几本
书，宣扬火星上有生命的想法。
　　1897年，英国科幻小说作家威尔斯在一份畅销杂志上刊登了
一部连载小说《星际战争》，进一步宣扬这种观点。很多人认为
火星上有生命是当然的事情。1938年10月30日，O.韦尔斯把《星
际战争》改编成了广播剧，假设火星人在新泽西州登陆。由于非
常逼真，以至有许多人以为这是真的新闻报导，而在恐惧中出逃。
　　尽管如此，许多天文学家都否认洛威尔的运河存在。他们看
不见那些运河。第一位描述太阳黑子极小期的蒙德也认为这些只
是眼睛的错觉。1913年，他立了几个圆环，再将一些模糊不清的
不规则斑点放入圆环中，然后叫一些小学生站在相当远的距离，
远到几乎很难看清圆圈里的东西。他要求学生们画下他们所看到
的东西，结果他们画的都是和洛威尔运河非常相似的直线。
　　此外，直接的观察似乎也减少了火星和地球的相似性。1926
年，两位美国天文学家柯布伦茨和兰普兰德设法测量火星表面的
温度，发现比预期的要冷。白天当火星位于近日点的时候，有迹
象表明，其赤道可能相当温和，但是到了晚上，似乎到处都像南
极大陆最冷时那样冷。白天和夜晚的温差如此大，看来火星的大
气比想象的还要稀薄。
　　1947年，荷兰血统的美国天文学家柯伊伯分析了从火星射来
的光中的红外线部分，作出了火星大气主要是二氧化碳的结论。
他找不到氮、氧和水蒸气的痕迹。因此似乎不大可能形成任何像
地球上这样复杂的生物。然而，认为火星上有植被，甚至有火星
运河，这种信念曾经长期困扰过人们，迟迟不消。