太空探索

火卫一:这颗月亮正在慢慢靠近火星

火星最大的卫星,一颗土豆形状的小天体,距火星表面仅约 6,000 千米,正以每世纪约 1.8 米的速度坠向火星,数千万年后或将解体成火星的光环。

火卫一:这颗月亮正在慢慢靠近火星

如果站在火星上看火卫一(Phobos),它会从西边升起,约四个多小时后从东边落下,一天还能见到两次。它是火星两颗卫星中较大、也较靠内的一颗,三轴尺寸约为 27×22×18 千米,像一块飞快掠过天空的土豆形巨石。

起源之争:被捕获的小行星,还是撞击碎屑?

火卫一于 1877 年由天文学家阿萨夫·霍尔发现,但它的身世至今没有定论。一种主流观点认为,它原本是小行星带中的碳质小行星,途经火星时被引力捕获——证据是其表面极暗,反照率仅约 0.07,光谱特征与 C 型小行星相似。

另一种假说认为,火星早年曾遭巨大撞击,溅出的碎屑在轨道上重新聚集成卫星——其证据是火卫一的轨道又圆又贴近火星赤道面,很难用"捕获"来解释。两种理论各有漏洞,争论持续至今。

斯蒂克尼撞击坑与神秘沟槽

火卫一最醒目的地貌是直径约 9 千米的斯蒂克尼撞击坑——对一颗直径只有 22 千米左右的小卫星,这次撞击几乎把它撞碎。坑名取自霍尔的夫人安杰琳·斯蒂克尼,正是她鼓励丈夫坚持搜寻火星卫星。

MRO 高分辨率相机(HiRISE)拍摄的火卫一表面:左上方是深邃的斯蒂克尼撞击坑,右上方可见一排排平行的沟槽
MRO 高分辨率相机(HiRISE)拍摄的火卫一表面:左上方是深邃的斯蒂克尼撞击坑,右上方可见一排排平行的沟槽

同样引人注目的是遍布表面的平行沟槽,宽可达百米级。早年人们认为它们是斯蒂克尼撞击震出的裂缝;近年研究则提出:部分沟槽可能是火星遭撞击时溅出的碎块在其表面滚动砸出的,也可能是潮汐力"撕裂"火卫一撑开的裂纹——这颗卫星或许已开始解体。

内部结构:一堆松散的碎石?

由质量与体积可算出火卫一的平均密度只有 1.86 克/立方厘米,远低于火星岩石。这说明它内部充满孔隙,很可能并非一个整体,而是一堆靠微弱引力聚拢的"碎石堆":大小岩块松散堆叠,缝隙藏着空洞,最外面覆盖着由无数次撞击粉碎出来的风化尘土。

火卫一内部结构示意图:外层为风化层,内部为松散的碎石堆积结构,含大量孔隙
火卫一内部结构示意图:外层为风化层,内部为松散的碎石堆积结构,含大量孔隙

它的表面重力只有地球的约两千分之一,轻轻一跳就会被抛出去好几分钟。表面没有大气,向阳面约 −4 °C,背阳面骤降至约 −112 °C。

它真的会掉到火星上吗?

火卫一的轨道半长轴约 9,376 千米,距火星表面仅约 6,000 千米,比同步轨道还低,公转一圈只需 7 小时 39 分。火星的潮汐作用不断消耗它的轨道能量,使它以每世纪约 1.8 米的速度螺旋下降。

模型预测,约 3000 万到 5000 万年后,它可能先被潮汐力撕成碎片,形成一圈短暂的火星环,也可能有较完整的残块最终撞向火星。具体结局取决于火卫一内部究竟有多松散,因此“变成光环”是很有根据的预测,却还不是唯一答案。

探测史与未来的 MMX 采样任务

人类探测火卫一始于 20 世纪 70 年代,海盗一号首次传回特写影像。1988 年苏联发射"火卫一 1 号、2 号",前者途中失联,后者抵达火星传回近距离照片后也告失联。2011 年,俄罗斯"福布斯-土壤"号采样任务(还搭载了中国"萤火一号")因未能脱离地球轨道而失败。

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的 MMX 探测器想象图,它将登陆火卫一并把样品带回地球
日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的 MMX 探测器想象图,它将登陆火卫一并把样品带回地球

下一个主角是 JAXA 的 MMX(火星卫星探测)任务,计划 2026 年 10 月由 H3 火箭发射。任务方案包括绕火卫一近距离运行、着陆采集至少 10 克样品、释放法德联合研制的漫游车 IDEFIX,并飞掠火卫二;若进展顺利,样品舱将在 2031 年返回地球。这批样品有望回答百年悬案:火卫一究竟来自何方?

参考资料