月亮打西边出来了「打西边出来个月亮」

七夕那天晚上，大概是父母们全忙着过节，就连我家楼下的孩子，都很早就结束了户外活动。整个小区，很快安静下来。我坐在窗边，看着手机有点发愁，因为师兄又催稿了，还是在七夕这天，单身狗已哭晕......

银河璀璨，但是城市的灯光更加璀璨，我坐在窗边，看不见牛郎织女，只看见一弯明月。

月亮，自亘古以来，就是东升西落；在可以预见的遥远的未来，月亮也不会回头。但是有一个地方，月亮西升、东落；在那个地方，月亮每天会升起两次；在那个地方，月亮忽大忽小。

那是一个奇怪的月亮，那就是——火星的月亮，火卫一（Phobos）。

火卫一增强色彩图，由NASA探测器Mars Reconnaissance Orbiter拍摄

1877年8月16日，Asaph Hall在英国海军天文台，观测发现了火卫一，在这之前的8月12日，他发现了火卫二。火卫一是太阳系内除了月球以外，人类探测最深入的天然卫星，它确实魅力非凡。

月亮从西边升起

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地球的月亮，从东方升起，从西边落下，是因为月亮绕地球公转的轨道是逆时针，然而月亮的公转轨道高于地球同步轨道，所以月亮的公转没有地球自转快，地球的晨昏线总是追上天空中的月亮，于是月亮看起来是从东方升起的。

火星的月亮，火卫一（Phobos）就不一样了，不像地球与月亮这么疏远，火卫一（Phobos）的轨道很低，距离火星地表只有6000km，轨道半长轴9376km，大约相当于2.76个火星半径。也就是说，在火卫一和火星之间（约1.76个火星半径），连第二个火星都塞不下，如胶似漆。相比较来说，地球和月球之间的距离，超过60倍地球半径。

火星与火卫一大小及距离比例图，Phobos是右侧红圈中的小点，图自Wikipedia

半径如此小的轨道，自然是低于火星同步轨道的，因此，火卫一公转的角速度，要远远高于火星的自转角速度。火卫一总是追上火星的晨昏线，因此会从昏侧，也就是西方升起。

不仅如此，这轮月亮每天会升起两次。在火星表面的固定观察者看来，Phobos每11小时6分钟就会升起一次，而火星的一天大约24小时40分钟。凑巧的话一天可以观看三次月出。

勇气号拍摄的火卫一从火卫二前经过，时间流速是正常速度，图自Wikipedia

倒着飞的月亮还造成了一种现象，那就是月亮每天都会和太阳相遇，每天都有日蚀——一个由西往东，一个由东往西，所以每天都会碰面。

好奇号火星车2013年8月20日拍下的火星日蚀

火卫一太小，无法完全遮住太阳，只会盖住一部分，然后在火星表面投下一个深深的影子。在这个影子之内，能够看到日环蚀。

Mars Global Surveyor于1999年8月26日拍下的火卫一投在火星表面的阴影

体型小，但是黏人

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看了上一节的比例图，大家可能也注意到了，火卫一那是小、很小、细小、微小、渺小、非常小。这么小的家伙，怎么能胜任“大如玉盘”的月亮的责任呢？

还真能，下面这张图是在火星上看来，火卫二（最左）、火卫一的大小；与地球上看来，月亮的大小的对比。

虽说比起咱们月球的圆润、光滑、大气，火卫一还差了些火候，但是要在火星上赏月，问题不大。

火卫一平均半径11km，作为比较，月球平均半径1737.1km。之所以还算能看清，还是因为那个原因，它的轨道半径很小，距离地面很近。近大远小的原理，被火卫一活学活用了。

由于火卫一的公转半径小，火卫一相对于火星上的固定观测者，在地平线处和在正天顶处的距离很不一样。做个简单的三角函数运算，在地平线处，火卫一距离火星赤道处的观察者大约2.57火星半径，而在正天顶时，火卫一距离此观察者仅有1.76火星半径，差距很大。因此火卫一会很明显地先越来越大，经过天顶之后再越来越小。

Phobos上一些主要的撞击坑，图自Wikipedia

火卫一体型小，但是遭受的撞击可不少。火卫一上最大的撞击坑，叫Stickney撞击坑，这是火卫一和火卫二的发现者，Asaph Hall的妻子，Angeline Stickney Hall的娘家姓。（没错，天文学家就是可以为所欲为！）这个撞击坑的直径达到9km。刚才说什么来着？火卫一平均半径11km......

Stickney撞击坑，Mars Reconnaissance Orbiter拍摄

沟壑和孔洞

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再说说刚才那个撞击坑。

可以看到，在这个最大的撞击坑边上，有很多的“划痕”，或者说沟壑。

这些沟壑，是目前关于火卫一研究的热点问题。

过去，学界直观地认为，这些沟壑是由于最大的撞击坑撞击后的溅射物形成的。但是火星快车任务在2010年后的观测结果显示，这些沟壑的放射中心，并非Stickney撞击坑，而是在Phobos自身轨道前进方向上。因此科学家认为，可能是前进方向来的碎屑，划出了这些划痕，而这些碎屑可能是火星遭到撞击之后释放出来的。

火卫一地形图，图自U.S. Geological Survey

到了2018年，科学家进一步推断，这其中的很多划痕，就是造成Stickney撞击坑的那一次撞击，产生的漂砾划出来的（Ramsley, Kenneth R.; Head, James W. (16 November 2018). "Origin of Phobos grooves: Testing the Stickney Crater ejecta model". Planetary and Space Science. 165: 137–147. doi:10.1016/j.pss.2018.11.004）。

但是另一派观点认为，这些痕迹也可能是固体潮汐应力留下的痕迹。不过这些痕迹是如此的清晰，如果需要形成这样子的痕迹的话，那么火卫一需要一个松散多孔的内核，以及一层散碎的外皮。

红外线下的火卫一，由NASA的奥德赛号拍摄

科学观测确实支持这一派观点，火卫一表面确实大约覆盖了一层100米的“土壤”，这些土壤推测都是Stickney撞击坑那一次撞击撞出来的碎屑。而火卫一内部，更像是“一个石堆”，由很多石头堆积起来形成。

火卫一内部的孔洞大约占体积的25%~35%，也就是有四分之一到三分之一都是空的。所以要让引力潮汐形成那些沟壑，也可能是成立的。

坏掉的土豆最好不要吃

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曾经我在描写，如何在火星上种土豆的时候，曾经说过，火卫一长得就跟个土豆一样。看了上面的这些图片，想来大家也有同感。相信也有不少朋友看见土豆就会流口水。

但是火卫一这个土豆，可能不是很新鲜了。

这要从一个古老的传说说起。

话说1950年代到1960年代末（根本就不古老啊喂！），人们发现火卫一每年都在减速，具体来说就是火卫一的轨道每年都会降低5厘米，坠向火星。

那个时候，因为全地球的大地测量资料实在匮乏，也几乎没有地球科学卫星上天，人们对于地球物理的理解还不够深入，所以一想到火卫一减速，科学家们直观的就认为，火卫一是被火星大气层减速了。

但是火卫一实在很小，而火星外层大气（2.76倍火星半径处）又实在是很稀薄，如果真的想要取得如此显著的减速效果，那火卫一就必须非常非常轻，密度非常非常小。

保存在莫斯科航天博物馆的火卫一模型

这么算下来，前苏联科学家约瑟夫·什克洛夫斯基就于1958年提出了一个惊人的猜想：

这玩意儿，莫不是个人造物吧。

根据他的计算，Phobos可能是一个16km直径的空心铁球，铁皮只有16cm厚，里面全是空的。惟如此，才能解释为什么Phobos减速这么快。关键是美国人也信了，1960年，时任美国总统艾森豪威尔的科学顾问也跟总统说，如果测量没有出错的话，这还真有可能，弄不好就是火星人造的飞船。

从那个时候开始，美苏两国对Phobos的兴趣大增，几乎所有奔火星的探测器，都要顺路去Phobos看看。作为一颗并不大，似乎也并不算非常特殊的卫星，先后被水手7号、海盗1号、火星全球探勘者号（MGS）、火星快车、火星勘测轨道飞行器（MRO）、勇士号来来回回拍了好几遍。前苏联还专门为它规划了Fobos 1号和2号，虽然都莫名其妙地失败了。后来2011年俄罗斯发射了Fobos-Grunt号，刚刚进入地球轨道就坏了。顺便搭上了那次和中国合作的萤火一号。

Fobos 1号想象图

当然后来证明，数据确实有问题，火卫一减速并没有那么夸张，每年大约只有1.8cm的轨道高度损失。现在，科学家认为火卫一的减速是由于引力潮汐作用，而不是大气减速。

顺便海盗一号探测器也凑近了火卫一好好拍了照，应该确实不是人造物。应该吧……

但是说到底，火卫一依然在以每一百年两米的速度坠向火星，在大约30~50个百万年之后，火卫一就会被火星的引力潮汐摧毁，变成一个环绕火星的，暗淡的星环。

也就是说，这个土豆，正在渐渐走向崩解——这当然是不能吃的了。

所以你看，这火卫一，果真是个奇妙的月亮吧？

写到这里，已经是深夜，接近凌晨，窗外的夜，越发黑，也越发静，但是那月光，却是依旧明亮。

我想着，一轮早知自己将最终化为光晕，又每日都急急地去与太阳寻相会的月亮，是不是也很美呢？

美编：张 岳

校对：黄志伟