太空探索

火衛一:這顆月亮正在慢慢靠近火星

火星最大的衛星,一顆土豆形狀的小天體,距火星表面僅約 6,000 公里,正以每世紀約 1.8 米的速度墜向火星,數千萬年後或將解體成火星的光環。

火衛一:這顆月亮正在慢慢靠近火星

如果站在火星上看火衛一(Phobos),它會從西邊升起,約四個多小時後從東邊落下,一天還能見到兩次。它是火星兩顆衛星中較大、也較靠內的一顆,三軸尺寸約為 27×22×18 公里,像一塊飛快掠過天空的土豆形巨石。

起源之爭:被捕獲的小行星,還是撞擊碎屑?

火衛一於 1877 年由天文學家阿薩夫·霍爾發現,但它的身世至今沒有定論。一種主流觀點認為,它原本是小行星帶中的碳質小行星,途經火星時被引力捕獲——證據是其表面極暗,反照率僅約 0.07,光譜特徵與 C 型小行星相似。

另一種假說認為,火星早年曾遭巨大撞擊,濺出的碎屑在軌道上重新聚整合衛星——其證據是火衛一的軌道又圓又貼近火星赤道面,很難用"捕獲"來解釋。兩種理論各有漏洞,爭論持續至今。

斯蒂克尼撞擊坑與神秘溝槽

火衛一最醒目的地貌是直徑約 9 公里的斯蒂克尼撞擊坑——對一顆直徑只有 22 公里左右的小衛星,這次撞擊幾乎把它撞碎。坑名取自霍爾的夫人安傑琳·斯蒂克尼,正是她鼓勵丈夫堅持搜尋火星衛星。

MRO 高解析度相機(HiRISE)拍攝的火衛一表面:左上方是深邃的斯蒂克尼撞擊坑,右上方可見一排排平行的溝槽
MRO 高解析度相機(HiRISE)拍攝的火衛一表面:左上方是深邃的斯蒂克尼撞擊坑,右上方可見一排排平行的溝槽

同樣引人注目的是遍佈表面的平行溝槽,寬可達百米級。早年人們認為它們是斯蒂克尼撞擊震出的裂縫;近年研究則提出:部分溝槽可能是火星遭撞擊時濺出的碎塊在其表面滾動砸出的,也可能是潮汐力"撕裂"火衛一撐開的裂紋——這顆衛星或許已開始解體。

內部結構:一堆鬆散的碎石?

由質量與體積可算出火衛一的平均密度只有 1.86 克/立方釐米,遠低於火星岩石。這說明它內部充滿孔隙,很可能並非一個整體,而是一堆靠微弱引力聚攏的"碎石堆":大小巖塊鬆散堆疊,縫隙藏著空洞,最外面覆蓋著由無數次撞擊粉碎出來的風化塵土。

火衛一內部結構示意圖:外層為風化層,內部為鬆散的碎石堆積結構,含大量孔隙
火衛一內部結構示意圖:外層為風化層,內部為鬆散的碎石堆積結構,含大量孔隙

它的表面重力只有地球的約兩千分之一,輕輕一跳就會被丟擲去好幾分鐘。表面沒有大氣,向陽面約 −4 °C,背陽面驟降至約 −112 °C。

它真的會掉到火星上嗎?

火衛一的軌道半長軸約 9,376 公里,距火星表面僅約 6,000 公里,比同步軌道還低,公轉一圈只需 7 小時 39 分。火星的潮汐作用不斷消耗它的軌道能量,使它以每世紀約 1.8 米的速度螺旋下降。

模型預測,約 3000 萬到 5000 萬年後,它可能先被潮汐力撕成碎片,形成一圈短暫的火星環,也可能有較完整的殘塊最終撞向火星。具體結局取決於火衛一內部究竟有多鬆散,因此“變成光環”是很有根據的預測,卻還不是唯一答案。

探測史與未來的 MMX 取樣任務

人類探測火衛一始於 20 世紀 70 年代,海盜一號首次傳回特寫影像。1988 年蘇聯發射"火衛一 1 號、2 號",前者途中失聯,後者抵達火星傳回近距離照片後也告失聯。2011 年,俄羅斯"福布斯-土壤"號取樣任務(還搭載了中國"螢火一號")因未能脫離地球軌道而失敗。

日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的 MMX 探測器想像圖,它將登陸火衛一併把樣品帶回地球
日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的 MMX 探測器想像圖,它將登陸火衛一併把樣品帶回地球

下一個主角是 JAXA 的 MMX(火星衛星探測)任務,計畫 2026 年 10 月由 H3 火箭發射。任務方案包括繞火衛一近距離運行、著陸採集至少 10 克樣品、釋放法德聯合研製的漫遊車 IDEFIX,並飛掠火衛二;若進展順利,樣品艙將在 2031 年返回地球。這批樣品有望回答百年懸案:火衛一究竟來自何方?

參考資料