星语新愿 | 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。
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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。
▲ 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。
▲ 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”。
▲ 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。
▲ 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。
▲ 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。
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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作 者 | 毛新愿
编 辑 | 李晨