奔火｜火星也有卫星吗？

作者：吕博瀚

中国科学院国家空间科学中心

中国科学院月球与深空探测总体部

卫星是指环绕一颗行星按闭合轨道做周期性运行的天体，可分为人造卫星和天然卫星。在太阳系内，除水星和金星外，其他行星均有卫星环绕。月球作为第一个人类曾经登陆过的地外天体，就属于地球的天然卫星。

火星作为太阳系八大行星之一，同样拥有两颗天然卫星，它们以古希腊神话中战神阿瑞斯（Ares）的儿子命名——福布斯（Phobos）和狄默斯（Deimos）。

早在1726年，乔纳森·斯威夫特就受到伽利略借助望远镜发现木星卫星的启发，在小说《格列佛游记》中提出猜想：火星上可能有两颗较小的卫星，卫星围绕着火星旋转，前一颗每10小时绕火星一周，后一颗每21.5小时绕火星一周。这个猜想虽然与火星的真实数据有差距，但是作为一个猜想已经很伟大了。

火星的卫星——远近相映

一百多年之后，1877年，阿萨夫·霍尔先后在美国海军天文台发现了火星的两颗卫星——火卫一（Phobos）和火卫二（Deimos）。1971年11月-12月，美国的水手9号探测器最早拍摄到了火卫一和火卫二的照片。

Figure 1 Deimos（图片来源：NASA）

Figure 2 Phobos（图片来源：NASA）

火卫一是火星两颗卫星中较大的一颗，形状类似马铃薯，质量为9.8×1015kg，轮廓尺寸为26.6km×22.2km×18.6km，距火星平均距离约9378km，这个距离比任何其他已知行星的卫星都要近，轨道周期7小时39分，环绕火星运动的速度大于火星自转速率，所以火卫一每天可围绕火星运动3圈。

火卫二是火星两颗卫星中离火星较远也是较小的一颗，质量为2.0×1015kg，轮廓尺寸为15km×12.2km×11km，距火星23459km，轨道周期30小时18分。

火卫一和火卫二的轨道并不“稳定”，同地月关系一样，火星和它的卫星之间同样存在潮汐力的影响。当引力源对物体产生力的作用时，由于物体上各点到引力源距离不等，受到的引力大小不同，从而对物体产生撕裂效果，这种引力差就是潮汐力。目前，火卫一的轨道正在慢慢变小，2015年发表在英国《自然-地球科学》上的一篇论文显示，火卫一正在以每年1-2m的速度接近火星，可能在2000万年到4000万年以后因潮汐力分崩离析，而产生的碎掉的颗粒可能在火星周围分散开来，形成围绕火星的行星环。而火卫二却正在慢慢远离火星。

与其他天然卫星相比，火星卫星的体积太小，当火卫一和火卫二在太阳前越过时甚至不能完全覆盖太阳，仅仅会出现一颗穿越太阳表面的小黑点，形成环形日食。下图就是美国好奇号探测器拍摄的日食过程。

Figure 3（图片来源：NASA）

Figure 4（图片来源：NASA）

火星卫星的起源目前仍有争议，目前有两种学说。第一种是俘获说，即火星的两颗卫星都是被捕获的小行星。另一种是撞击说，即火星的卫星是火星与其他天体撞击溅射出来的。

为什么要研究火星的卫星？

人类对宇宙的探索永无止境，强烈的求知欲和好奇心是推动人类进步的强大动力，正是在这种强大动力的驱动下，人类开启了对火星的探索。然而，地球与火星的最远距离可达约4亿公里，将信号从火星发回地球将产生10~20分钟的延迟。倘若将火星的卫星作为探测火星的“前哨站”，宇航员则可以在“前哨站”上直接遥控火星表面的探测器进行工作，避免信号延迟等问题。

若人类想要将火星的卫星建设成为探测火星的“中转站”，就必须对火星的卫星进行比较细致的探索。日本航空航天勘探局（JAXA）公布了火星卫星探测MMX任务（The Mars Moons Exploration），MMX任务将聚焦于火星的卫星探测，探测器本身将对两颗卫星进行近距离遥感探测和原位探测，拟解决包括探究火星卫星的起源，是否含有水冰等科学问题 。

探索是人类文明发展和社会进步的推动力，其中太空探索更是对研究太阳系起源及演化、生命起源及演化等重大科学问题具有重要意义。作为距地球最近的类地行星之一，对火星及其卫星探测及研究是近年来深空探测的最大热点，是未来深空探测领域的重要目标，也是我国从航天大国迈向航天强国的必由之路。

Figure 5 MMX概念图（图片来源：NASA）

参考资料：

[1]欧阳自远,肖福根.火星及其环境[J].航天器环境工程,2012,29(06):591-601.

[2].日本火星卫星探测(MMX)任务及其有效载荷[J].航天返回与遥感,2018,39(06):111.

[3]兰顺正. 日本探索火卫一的意义很大但风险不小[N]. 中国航天报,2020-03-21(001).

[4]张梦然. 火卫一正走向“自我毁灭”[N]. 科技日报,2015-11-26(002).

[5]于登云,孙泽洲,孟林智,石东.火星探测发展历程与未来展望[J].深空探测学报,2016,3(02):108-113.