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火星|火星为什么会“荧荧如火”？

我们曾于近期发布一篇《火星惹的“惑”：来看古代君王到底有多“恐火”》文章 ， 介绍了火星在我国古代曾被赋予“不祥”寓意 ， 并为大家梳理了历代君王的种种“恐火”情结 。 对“荧”的猜疑和“惑”的不解 ， 并将其神话 ， 究其原因 ， 还是源于人类对宇宙的了解太少 。
作为太阳系第四大行星
也是地球的“邻居”
为什么火星会有如此“个性”的外表？
为什么观测到的运行轨迹变化莫测？
今天
就让小编带领大家一起
用科学来解释此间的奥秘缘由
01
火星为何“忽明忽暗”？
古希腊著名天文学家喜帕恰斯（Hipparkhos ， 公元前100年左右）提出了视星等的概念 ， 用来标定天体亮度 。 经过数千年的发展和衍生 ， 视星等成为了一个区间为[-38,36]的评价体系：数字越大代表越暗 ， 数字越小则越亮 。 例如 ， 从地球上看太阳亮度在-26.7左右 ， 肉眼无法直视；但如果视星等比+6还大 ， 就超过肉眼从黑暗中辨别光亮的极限 。
对行星而言 ， 距离地球越近、体积越大、太阳光照越强、表面反射越强 ， 当然也就越亮 ， 视星等越小 。 如果把五大行星在21世纪初的视星等绘制出来 ， 它们看起来效果完全不同 。
火星|火星为什么会“荧荧如火”？
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▲ 2000-2022年五大行星视星等对比图
水星距离太阳最近 ， 但它也是太阳系内最小的行星 ， 且距离地球并不近 ， 时常淹没在太阳的光辉中 ， 亮度变化很大 ， 只有早上和黄昏才偶尔可见；金星是平均轨道距离地球最近的行星 ， 体积和质量与地球相当 ， 靠近太阳 ， 也成为看起来最亮的行星 ， 白天都容易肉眼看到；木星和土星距离地球很远 ， 但它们体积巨大 ， 分别是地球的1300和700倍 ， 总体上能在夜晚用肉眼稳定看见 。
火星|火星为什么会“荧荧如火”？
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▲ 太阳系曾经的九大行星（包含冥王星对比）真实体积大小对比 ， 天王星、海王星、冥王星太远肉眼无法看见
而地球另一个邻居火星 ， 体积仅为地球约15% ， 接收到的太阳光强度较弱 ， 距离地球在0.6亿-4亿千米不等 ， 导致它的视星等变化极大 ， 在 [-2.9 ， 1.8]之间 。 火星有时比木星都亮 ， 有时却比最远的土星、甚至最小的水星都要暗 ， 用“荧荧如火”形容恰如其分 。
02
红色的奥秘
火星在几乎所有的影视作品中都被描述成了橙红色 ， 甚至肉眼从望远镜仔细观察可以看出来 ， 这也是它与火“结缘”的重要原因 。 随着研究的深入 ， 科学家才逐渐揭开火星表面呈现红色的神秘面纱：发红的氧化铁！
铁元素在古老的火星还有活跃地质活动时被带到表面 ， 在漫长时间里与氧原子发生化学反应并保持稳定 。 随后火星逐渐陷入沉寂 ， 失去了稳定的元素循环过程 ， 它们也滞留表面 。
火星依然保有稀薄的大气 ， 平均密度和气压不足地球海平面附近的1% ， 近乎真空 。 尽管二氧化碳占空气比重超过95% ， 但温室效应依然忽略不计 ， 这导致日照和黑暗区域依然产生一定温差和气压差 ， 风由此产生 。 火星表面极度干燥 ， 长期被陨石冲击和风蚀影响下沙土变得极为细密 ， 在狂风甚至动辄席卷全球的风暴作用下 ， 红色沙尘遍布全球 ， 看起来更加“荧荧如火” 。
火星|火星为什么会“荧荧如火”？
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▲ 哈勃太空望远镜在2016年5月12日拍的火星照片 ， 可以看到火星存在薄薄的大气
这种风沙甚至成了不少火星探测任务的噩梦 ， 例如功勋火星车“机遇”号 ， 它工作了超过15年之久 ， 期间最大的挑战就是来自遮天蔽日的火星沙尘暴 。 任务最后阶段 ， 由于在沙尘暴中休眠后唤醒数百次未果 ， 最终遗憾落幕 。
03
火星与地球的“奇特相遇”
以太阳为中心来看 ， 火星处在更外侧 ， 速度更慢 ， 运行的周期更长 。 地球处在内侧 ， 速度更快 ， 运行的周期更短 ， 二者会每隔大约780天相遇一次 ， 又叫做一次会合周期 。 利用这个时间节点之前几个月的发射窗口 ， 人类探测器可以“抄近路”探测火星 。 例如 ， 2020年7月是一次新的窗口期 ， 阿联酋、中国和美国在同一个月内相继执行了火星探测任务 ， 目前探测器均在飞往火星的路上 。
火星|火星为什么会“荧荧如火”？
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▲ 地球和火星的轨道周期、会合周期示意图
但如果从地球来看 ， 这个地球和火星又一次“相遇”的过程就比较奇怪：明明火星在前面领跑 ， 慢慢就停下来 ， 然后竟然往回退 ， 开始“逆行” ， 持续时间长达几个月 。
【火星|火星为什么会“荧荧如火”？】火星|火星为什么会“荧荧如火”？
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▲ NASA的帕萨迪纳观测中心在2014年（左）和2016年（右）观测到的两次火星轨道“逆行”现象
会合周期是约2年2个月 ， 这意味着逆行现象的拐点每次都会发生在不同月份 ， 也对应不同的黄道星座和二十八星宿 。 在中国古代历史中 ， 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 。 当火星顺行-逆行拐点（被称作“留”）在天蝎座的心宿二附近时 ， 古代都认为灾难即将降临 ， 是最不祥的天象 ， 甚至用一个专有的名字“荧惑守心”形容这种现象 。
当然 ， 在今天的科学眼光看来 ， 这是封建迷信年代的愚昧而已 。 因为这种天象早在太阳系形成之后 ， 就在不断上演 ， 丝毫不受人类认知的影响 。 地球和火星的历史都在45亿年以上 ， 而现代人类的出现时间仅以万年为尺度来记 ， 渺小不堪 。
火星|火星为什么会“荧荧如火”？
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不过庆幸的是
人类终于在20世纪迈入航天时代
还向宇宙中发射了很多探测器
逐个解开人类曾经未知的奥秘
下一站 ， 就是火星！


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