鄭永春

從火星沖日說(shuō)起

太陽(yáng)系是我們的家園，地球是太陽(yáng)系中的一顆行星。在太陽(yáng)系中，地球是第三顆行星，火星是第四顆行星，它們都繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)。雖然，從大小來(lái)說(shuō)，金星是與地球最接近的行星。但是，以相似性而言，火星才是整個(gè)太陽(yáng)系中與地球環(huán)境最相似的行星，因而也是最吸引人類前往探索的星球。

因?yàn)榛鹦鞘羌t色的，所以在古代，無(wú)論是東方還是西方，人們大多把它當(dāng)作不吉的象征。在西方神話中，火星被視為戰(zhàn)神的象征，代表著戰(zhàn)爭(zhēng)、血腥和災(zāi)難。

火星沖日是一種常見的天文現(xiàn)象，每當(dāng)天空中火星和太陽(yáng)分處地球的兩側(cè)，太陽(yáng)、地球、火星在一條直線上時(shí)就會(huì)出現(xiàn)?；鹦菦_日前后，黃昏時(shí)，太陽(yáng)剛下山，火星就從東方的天空升起。黎明前，火星剛從西方的天空落下，太陽(yáng)就升起來(lái)了。這就好似肩上的扁擔(dān)，一頭翹起，另一頭就會(huì)落下。深夜的時(shí)候，太陽(yáng)在我們腳下的另一個(gè)半球，火星恰好在頭頂?shù)恼戏?，相?dāng)于整夜都可以看到火星。只要天氣晴好，夜幕降臨后，面向東方，就會(huì)看到地平線升起來(lái)一顆亮星，就像紅寶石一樣，鑲嵌在黑色的天幕之上，熠熠生輝，美艷無(wú)比。

火星沖日的時(shí)候，是從地球上觀測(cè)火星的最佳時(shí)期。航天時(shí)代到來(lái)以前，每逢火星沖日，全世界的天文學(xué)家都會(huì)把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)火星。1610年，伽利略第一次把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了火星。但他的望遠(yuǎn)鏡實(shí)在是太簡(jiǎn)陋了，似乎沒有留下什么證據(jù)證明他當(dāng)時(shí)的發(fā)現(xiàn)。畢竟，從地球上觀測(cè)火星還是太遠(yuǎn)了。

很多人介紹天文現(xiàn)象時(shí)，經(jīng)常會(huì)用“多少年一遇”說(shuō)明它的罕見性。2020年10月14日，是26個(gè)月一遇的火星沖日。觀測(cè)火星的時(shí)機(jī)其實(shí)不限于火星沖日當(dāng)天，沖日前后的2～3個(gè)月，都是從地球上觀測(cè)火星的好時(shí)機(jī)。整個(gè)10月，火星都是夜空中最亮的那顆星，而且長(zhǎng)時(shí)間可見。通過普通的天文望遠(yuǎn)鏡，我們就能看到火星的紅色表面及其明暗變化，甚至還能看到白色的極冠。運(yùn)氣好的話，或許還能識(shí)別出長(zhǎng)達(dá)4000千米的水手大峽谷。

時(shí)至今日，仍然有一種說(shuō)法認(rèn)為，火星沖日和個(gè)人運(yùn)勢(shì)有某種關(guān)系，這是沒有任何道理的?；鹦菦_日時(shí)，地球和火星這兩顆行星在太陽(yáng)的同一側(cè)，都朝著太陽(yáng)的方向，是一種周期性出現(xiàn)的自然現(xiàn)象。就像操場(chǎng)上跑步的兩位同學(xué)，不管誰(shuí)快誰(shuí)慢，多跑幾圈，總有機(jī)會(huì)出現(xiàn)兩人并肩跑的情況。

你可能聽說(shuō)過“水逆”，也就是水星逆行，其實(shí)火星也會(huì)出現(xiàn)逆行。如果長(zhǎng)期觀測(cè)火星，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它在天空中的軌跡（相對(duì)于恒星組成的背景圖案）很是詭異：大多數(shù)時(shí)候往前走（順行），有時(shí)停住不走了（留）。滯留一段時(shí)間后，又開始后退（逆行）。退了一段時(shí)間，又開始往前走。行星逆行是很常見的天文現(xiàn)象，從地球上看，太陽(yáng)系的所有行星都會(huì)出現(xiàn)逆行，但這只是我們從地球上看事物的直覺，并不符合客觀事實(shí)。其他行星和地球一樣，都繞著太陽(yáng)逆時(shí)針公轉(zhuǎn)，它們到地球的距離有時(shí)遠(yuǎn)、有時(shí)近。如果站在太陽(yáng)系上方俯視就會(huì)發(fā)現(xiàn)，火星不會(huì)逆行，水星也不會(huì)逆行，所有行星都不會(huì)出現(xiàn)逆行。

火星沖日、火星逆行，以及水逆、星座、流星雨等，都是常見的天文現(xiàn)象，與國(guó)家和個(gè)人的命運(yùn)沒有任何關(guān)系。我們?cè)诘厍蛏系纳钪饕芴?yáng)的引力和輻射的影響，其他行星的引力、輻射，對(duì)我們基本沒有影響。就像莎士比亞曾經(jīng)說(shuō)過那樣：“掌握我們命運(yùn)的不是星座，而是我們自己?！?/p>

火星探測(cè)器的發(fā)射時(shí)機(jī)

2020年7月20日，阿聯(lián)酋發(fā)射了“希望號(hào)”火星探測(cè)器;7月23日，中國(guó)發(fā)射了“天問一號(hào)”;7月30日，美國(guó)發(fā)射了“毅力號(hào)”火星車。為什么這些火星探測(cè)器都選在2020年7月飛向火星呢？這是因?yàn)椋?020年7月到8月，是火星探測(cè)器發(fā)射的“窗口期”。

在太陽(yáng)系中，地球沿著第三條軌道運(yùn)行，火星沿著第四條軌道運(yùn)行，就像城市道路中的三環(huán)路和四環(huán)路（見圖1）。探測(cè)器從地球上發(fā)射后，將沿著發(fā)射時(shí)地球所在的位置，與半年多之后航天器抵達(dá)火星時(shí)火星所在位置之間的拋物線，飛向火星。這條拋物線就像三環(huán)路和四環(huán)路之間的連接線，是從地球去往火星最節(jié)省能量的一條路線，由德國(guó)物理學(xué)家霍曼通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，被稱為“霍曼轉(zhuǎn)移軌道”。

航天器要順利進(jìn)入霍曼轉(zhuǎn)移軌道，就要選擇火星位于地球前方44°時(shí)從地球發(fā)射，這一時(shí)機(jī)被稱為火星探測(cè)器的發(fā)射窗口。一旦錯(cuò)過發(fā)射窗口，就要等地球繞太陽(yáng)再轉(zhuǎn)2圈多，地球和火星回到原來(lái)的相對(duì)位置時(shí)再發(fā)射，這一等就是26個(gè)月。

火星探測(cè)器在發(fā)射窗口發(fā)射，最節(jié)省燃料，只需要把從探測(cè)器的飛行速度提高到每秒11.2千米（也就是擺脫地球引力的“第二宇宙速度”）。我知道，你可能希望隨時(shí)都能去火星，這也不是不可以。如果在最不利的時(shí)機(jī)去火星，探測(cè)器需要加速、減速、改變方向等，這些動(dòng)作都需要消耗燃料，消耗的燃料如果折算成速度變化量，相當(dāng)于要把探測(cè)器的速度變化提高到每秒100千米，相比發(fā)射窗口去火星提高了9倍，這對(duì)現(xiàn)有的航天技術(shù)是一個(gè)很大的考驗(yàn)，即便能實(shí)現(xiàn)，也很不經(jīng)濟(jì)。所以，要實(shí)現(xiàn)火星探測(cè)想去就去，任爾馳騁，還需要幾代人的持續(xù)努力。

火星探測(cè)器發(fā)射窗口并不是火星沖日期間，即并不是地球和火星距離最近的時(shí)候。因?yàn)榛鹦窃谕白?，地球也在往前走，如果二者距離最近的時(shí)候發(fā)射過去，火星顯然已經(jīng)跑掉了。所以，火星探測(cè)器的發(fā)射窗口在火星沖日之前的2～3個(gè)月。