“羲和号”，中国首颗太阳探测卫星，于2021年10月14日成功发射升空，并顺利进入平均高度517公里的太阳同步轨道，标志着中国进入空间探日时代。我们来聊一聊，这颗划时代的科学技术试验卫星做什么，怎么做，以及一些相关的科技巧思。

“羲和号”的正式全称，是“太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星”。它通过分析光谱的方法，研究和太阳爆发相关的科学问题。

——跑个题，“太阳爆发”不是太阳变成红巨星的世界末日，更不是超新星式的“太阳爆炸”（我们的太阳没有那个贵命），而是体现在太阳大气层的黑子、耀斑、日珥、日冕物质抛射等表层活动。这些太阳活动，读者们在一生中都经历过几十回乃至几百回，不要恐慌。

比如刚刚过去的10月28日，太阳朝向地球一侧爆发了一次X1级耀斑，在太阳大气层中产生了一次等离子体“井喷”。此次耀斑爆发还造成了一次日冕物质抛射，直冲地球而来，并于11月1日抵达地球，为世界各个高磁纬地区带来极光。

回到正题上来，“羲和号”通过分析太阳的Hα波段附近的光谱，来研究太阳爆发时的大气动力学过程和物理机制。

Hα指的氢（H）的最引人注目的（α）那条谱线，它的波长是656.281nm，是颜色深红的可见光。Hα标志着氢原子电子从第三能级到第二能级的跃迁。还不太了解能级跃迁的读者不需要对此感到头痛，只要知道Hα指示氢等离子体的大量存在就可以了。

如果只是一条干净利落的656.281nm谱线，那就是生活单调乏味的氢，也没什么可研究的。而在活跃的太阳表面，由于太阳大气的高速运动，这条谱线就会发生变化。

如何变化呢？老朋友“多普勒效应”登场。我们走在路上，有时会遇到救护车拉着警笛飞驰而过。当它擦身而过时，我们会留意到，它的警笛声忽然降调了，原本唱的“so-mi-so-mi”，忽然变成了“mi-do-mi-do”。这就是多普勒效应：当波源运动时，在其运动方向接收到的波长会变短（频率会升高），在背向其运动方向上，接收到的波长会变长（频率会降低）。

为了形象速记，我们也可以说，“多普勒效应”就是“运动的物体把它前方的波形挤压得更致密，后方拉伸得更稀疏”。

光也是一种波，所以光也会有多普勒效应。那么，为何救护车的音调变化很容易感知，而我们对着红灯冲过去时，却不能把低频的红灯看成高频的绿灯呢？因为声音是一种低速波，和车速量级相差不多，救护车随便跑跑，就能造成人耳可察的频率变化。而光的速度极高，它的波形就不能轻易“挤压”到人眼可辨了。

但是，放到太阳活动这么剧烈的事件中，再加上专业设备，有些事就不那么难了。太阳活动造成的大气起伏能够被“羲和号”携带的光谱分析仪器侦测到。当氢等离子体从太阳表面升起时，它朝向地球扑来，多普勒效应会使光谱升频。如果“羲和号”瞄着这个位置看的话，就会看到Hα谱线右移，比如，跑到了656.30nm。用这个频率差，就可以推算出这一坨物质喷发的速率。反之依然，可以通过谱线的左移量推知物质的沉降速率。

“羲和号”的科学仪器由南京大学负责建设。南京大学说，“羲和号”可以察觉0.0025nm的波长变化。在Hα波段折算一下就是：如果氢等离子体在太阳表面升降的速率大于1.14km/s，它造成的谱线移动就可以被察觉。

当然，太阳是个球体（各位置朝向地球的速度分量有差异），在不停地自转（太阳球面左侧在不停奔向地球，右侧在不断远离地球），并且不同纬度的自转速度还不一样。这些因素都会在最终的运算过程中考虑进去，以免得到荒谬的结果。

为了得到黑子或耀斑的细节数据，“羲和号”可以盯着日面上一个极小的区域看。视野越小，对防震防抖的要求越高。为了让科学仪器可以静下心来工作，“羲和号”使用了磁浮技术，让驱动平台和科学仪器在工作时暂时分离。这样，驱动平台里的机械设备工作时，就不会抖到正在专心看太阳的科学仪器模块了。这也是“羲和号”全名中“双超”的由来：超高指向精度、超高稳定度。

“羲和号”运行在距地517km的太阳同步轨道上。这个轨道穿越南北极，位于晨昏线附近的上空，始终能够看到太阳。为了确保它不会因地球公转而被地球遮蔽，这个轨道以每年逆时针360°（北半球视角）的速度缓缓进动。

“羲和号”选在2021年升空，也是个很好的时机。抛开项目进度的客观事实不谈，这个时间很配合太阳活动周期。假如它在2018年上天，工作3年，这期间正是两个太阳周期之间的低谷，太阳波平如镜，安静如鸡，就不好看了。现在它上去，正赶上太阳活动的爬坡期（预计2025年能到高峰），会收获许多成果。

“羲和号”是中国空间探日计划的先锋官，它填补太阳爆发源区高质量观测数据的空白，提高恒星物理研究能力，对空间科学探测及卫星技术发展有重要意义。

一到秋天，家燕就从欧洲纷纷启程。它们飞越地中海，穿过撒哈拉，一路飞往中非南非的温暖地带。

南北1800公里的撒哈拉沙漠，对于任何候鸟都是个严峻考验。这里干燥炎热，没吃没喝。即使燕子以时速40公里不停地飞，也要两天两夜才能见到南方的草原。每年春秋两季，一来一回，都会有许多燕子被撒哈拉沙漠永远留下。

撒哈拉并非从来如此面目狰狞，从各地散布的岩画内容来看，一万年前，这里还是水草丰美之地，野水牛、长颈鹿、河马、鳄鱼徜徉其间。对于铭刻在候鸟基因和世代传授的行为而言，一万年太短。即使面前横亘着一望无际的大沙漠，燕子还是视若绿洲，勇猛向前。

撒哈拉沙漠的演化，其实是个天文现象。一万年前，地球的近日点还在北半球的夏季，那时的地轴倾角也比较大，北半球面朝太阳时，可以对得很“正”。这样，北半球的夏季比现在要热得多。北非大陆上，热空气迅猛上升，把附近大西洋的水汽抽调过来，形成强大的季风，带来丰沛的降水。而现在，近日点挪到了北半球的冬季，地轴倾角也在逐年减小，撒哈拉地区的夏天有点凉快（原来变成沙漠是因为冷啊），大西洋的水汽再也爬不上来了。

读者可能要忧心忡忡了：原来地轴倾角在减小啊！我还以为它一直稳在23.5°呢！地球越转越正，将来四季消失了，如何是好？

不用怕，地轴倾角不会一直减下去。到了公元11300年左右，它又会开始持续增大。大约每41040年，地轴倾角会在22°到24.5°之间完成一个振荡周期。

也就是说，地球的自转倾角只轻微地减了不到1°，撒哈拉湿地就变成了撒哈拉沙漠。

如果有一颗行星，自转倾角的变化量是两位数，又当如何？这样的行星，在太阳系里确实存在，并且只有一颗，它就是我们最近的话题大热门：火星。

火星的自转倾角非常混沌，它目前的数值是25.19°，给人造成一种“和地球差不多嘛！是个宜居的候选”的错觉。其实，火星倾角可以在13°到40°之间来回变化（一说，是0°到60°），周期在几百万到2千万年之间。

火星的倾角变化之大，在太阳系里独一无二。听起来匪夷所思，仔细分析就觉得很对。

行星自转倾角的稳定性，一是看自身天赋，二是靠亲友帮扶。木、土、天王、海王四颗大行星，本身就硕大无朋，滴溜溜圆转如意，在角动量守恒定律的加持下，它们的自转轴十分稳定。地球有月球陪着，相比地球来说，月球是一颗巨大的卫星，可以有效地扶定地球的自转倾角。水星和金星虽然没有卫星，却离太阳很近，来自太阳的潮汐力，可以把它们的姿态牢牢稳住。

唯有火星，个头又小，转得又慢，离太阳又远，仅有的两颗卫星小如花生米，根本扶不住它。更悲催的是，它身边就是肥胖的木星，时不时路过扯一把。在各色天体的摄动下，它的自转东倒西歪，成了太阳系行星中唯一的醉汉。

过大或过小的自转倾角，会带来截然不同的行星气候。当自转倾角极小时，火星姿态很正，赤道和两极温差很大，热量持续从赤道向两极扩散，类似地球上的台风会相当频繁，两极的冰圈分布比较稳定。当自转倾角很大时，火星的南极北极交替朝向太阳，极昼极夜的范围大而且漫长。每个火星年，南北半球各被冰区覆盖一次。假如火星上有生命，在高倾角模式下，它们一定会集中生长在赤道附近，不然就要有极强的迁徙能力，冬季到来时，能从冰区迅速撤离。

火星倾角的变化使它在两种极端气候之间摇摆不定。火星轨道相机（MOC）的这张照片里，几十层清晰的风成沉积岩，表明在火星的历史上，经历过循环往复的气候变化。

如前所说，火星的倾角变化周期十分漫长，以几百万到千万年计。假如在火星上有生命的话，它们就不能像横穿撒哈拉的燕子这样——忍个几万年就熬过去了——而是必须进化，才能跟上气候变化的步伐。并且，这里的生命进化会非常折腾：好不容易从低倾角模式进化到高倾角模式，又要再“进化”回去了——可是，究竟是进化还是退化呢？这会是一个有趣的问题。

大气，天体的面纱。它遮挡人类的视线，隐藏天体的秘密。不过有时，它透露的秘密，比它掩盖的还要多。

在天文学的懵懂时代，人类认知的宇宙还挺小。那时，我们对自己在宇宙中的位置还相当满意。后来，人类的自信心遭到接二连三的打击。地球先被拉下了宇宙中心的宝座，太阳也只是组成银河系的像素之一，银河系在宇宙中更是沧海一粟。

面对浩瀚的宇宙，我们倍感孤独。群居生物的习性发作，总想找个伴，至少，知道他们存在也好。随着科技的进步，人类开始探索系外行星，还特别在意处于宜居带、有大气的那些。

因为，对于生命来说，大气非常重要。

多亏大气的庇护，地球才没有变成月亮那样的麻子。每年的那几个日子，我们可以手牵手去看流星雨，而不是猫在地下掩体里躲避陨石袭击。

不管是去看流星雨还是躲避陨石，首先“我们”得存在。生命的物质运输需要流体才能完成。有了大气，行星表面就有了留住液体的条件，否则，任何液体都会即刻沸腾。对于碳基生命来说，大气更是物质循环的必要一环。

白天，大气能阻挡热量长驱直入。夜晚，它又能延缓热量散失，使行星的昼夜温差不至于太离谱。当整个星球热量分布不均时，它还能帮着搅匀一下。一到台风季，就是地球大气在喊：“吾疾贫富不均，今为汝均之！”台风确实是个灾害，然而，从此再也没有台风，则是灾难。

如何发现其他行星的大气呢？

1761年，米哈伊尔·罗蒙诺索夫观测金星凌日时发现，当金星刚刚接触太阳边缘时，它周围有一圈模糊发亮的圆环。他由此判断金星存在大气。

金星跑在地球内圈，可以借助太阳发现它的大气。那么，对于地球外圈的，该求谁帮忙呢？我们可以利用掩星的机会。当行星穿越于地球和遥远恒星之间时，那颗恒星的星光通过行星大气，亮度和光谱都会发生改变。这样，我们不但可以知道这颗行星有无大气，甚至还能知道它大气的成分。20世纪80年代，人们借助掩星，就初步认识了冥王星大气，远远早于“新视野号”亲临现场拍下的这张著名的照片。

随着科技的提高，现在对大气光谱的分析已不限于可见光，而可以覆盖很宽的电磁波谱。微波、红外、紫外、X射线直到γ射线，都可以做到了。最近，“金星大气可能含有磷化氢”的论点（此事尚在争议中，2021年4月19日刚刚更番），就是基于对远红外至微波波段的频谱分析得到的发现。

对于系外行星也可以用类似的方法。比如一颗系外行星公转时能局部遮掩中心恒星，那么，它从恒星前面经过时，就会带来光谱变化，只是由于极其遥远的距离，这种变化十分微弱，测量误差比较大。有一些辅助手段可以修正数据：当这颗行星运行到对侧时，它贡献的是反射光谱，和遮掩恒星时的吸收光谱两相对照，综合分析，数据就会可靠得多。

行星大气的成分，由原始吸积和后期演化共同决定。在原始星云中最丰富而且不太重的元素，是氢氦（作为恒星的原料）和碳氮氧（作为中型恒星的矿渣）。所以，氢、氦这些宇宙中压倒多数的气体，以及氮气、甲烷、氨气、水、二氧化碳这些化学性质较稳定的分子，成了行星大气成分列表上的常客，非常单调，十分合理。氧气不会构成行星的原始大气，因为它太活泼了，会被其他元素迅速娶光。地球上的氧气是以蓝藻为代表的老前辈们一代代淘换的结果，向它们致敬。

行星需要满足一些条件，才能持续拥有大气——顺便说说，对于略具规模的天体，完全没有大气是不可能的，本文所说“没有大气”是个直观简洁表达。

• 首先，要想留住大气，行星必须够胖。大气是被行星引力拴住的，气体粒子只要不超出行星表面的逃逸速度，就只能老老实实地跟着。
• 其次，拥有大气的行星一般不太热。高温意味着气体粒子运动得快，超过逃逸速度，也就一去不回头了。
• 第三，重粒子比轻粒子更容易留下来。在同样温度下（平均动能相同），氢比氧速度快三倍，逃逸的机会大得多。
• 最后，如果行星自带较强磁场，那么它就可以防御高能粒子的轰击，或者把轰击产生的离子导回行星，从而防止大气流失。

拿这些小规则，在太阳系里做做应用题：

水星非常小，离太阳极近，所以头两个条件它都满足不了，就留不住大气层。它有个很强的磁场，却只是螳臂当车。它也算有一丁点“大气”，还不是它自己的，而是从太阳袭来的太阳风，混合着从表面逐渐剥离气化的岩石，综合压强一纳帕（10⁻⁹Pa，地球大气压的百万亿分之一），这个数量级就等于没有大气。

金星的质量很接近地球，而且它的大气成分主要是较重的二氧化碳，所以它能保留相当浓密的大气。但它离太阳还是近了些，并且自身没有磁场。所以太阳风能够深入金星大气层，不断带走较轻的成分。分析太阳风吹离的尾端发现，其中氢氧比率接近2:1，符合水的分子式，这意味着金星正在持续脱水。

地球在太阳系里是最大的岩质行星，离太阳不远不近，氮气和氧气都是相当重的分子。除此之外，地球还有个磁场，把自己妥妥罩住。所以，地球大气相当稳定。

火星质量只有地球的十分之一，曾经有个磁场却早已失去，所以它的大气层被太阳风逐渐剥离。幸好它离太阳较远，气温较低，还能保住大气中的二氧化碳，而它曾经拥有的海洋，就大部分消失在太空中了。

小行星带的成员们个子都太小，而且还不够冷，都留不住大气层。

木星、土星、天王星、海王星这四颗巨行星的个头，再加上它们和太阳的距离优势，毫无疑问可以留住大气，不管是甲烷、氨气、水，还是最轻的氦气氢气，统统不成问题。木星更是有一个无与伦比的强大磁场，吃得那么胖还练就了金钟罩铁布衫，实在是霸道极了。

冥王星（我们依然爱它）虽然个头很小，但它距离太阳极远，温度极低，还是能保有少许氮气的。由于冥王星的轨道很扁，氮气在远日点会大量凝固坠地，它的大气很可能随季节变化。“新视野号”2015年掠过时，它的大气压是一帕（地球大气压的十万分之一），比水星还要争气多了。

按照这个套路看下去，太阳系的绝大多数天体都不令人意外。只有一颗比较另类，就是土卫六。它拥有浓重的大气层，氮气为主，甲烷为辅，表面大气压是地球上的1.5倍！提起它来，人们就忍不住要拿木卫三对比：“木卫三没有大气，你凭什么有？”太阳系这两颗最大的卫星质量相若，都运行在离太阳较远的寒冷轨道上。所不同者，木卫三离太阳近一点，却有木星的大磁场罩着。土卫六离太阳远一些，土星的磁场却很弱。对比一番，各擅胜场。所以，为何土卫六能拥有浓重的大气层，或者换个问题，为什么木卫三保不住大气层，目前仍然众说纷纭。

反过来想，当我们看到系外行星具有大气，并且知道其成分，那么它的基本面貌也可以倒推。例如，大气成分有大量氢氦的，必定质量极大，离主星远的会比较稳定，反之则会被主星迅速扒光（如“热木星”HD209458b）。大气成分中，重原子占优的，则很可能是岩质。为防止大气凝固，它离主星不会太远。由于温度较高，它多半质量大，或有磁场护体。另外，只要行星拥有足够的大气，它的表面就会比较光洁，不会千疮百孔，即使撞伤，也能风化修复。

质量大到足以被探测的系外行星，假如没有大气，又会是什么样子呢？首先，它必然是类地行星。其次，它一定离主星极近（可与测得的行星轨道印证），这样才能被剥离大气。第三，它很可能已被主星潮汐锁定。

1610年7月底，伽利略用他自制的望远镜隐约看到了土星环。虽然并不确知土星两侧的模糊光斑是什么，他还是给同行们写信，以易位构词的加密方式，谨慎地锁定这一新发现的归属。信中，他把“Altissimum planetam tergeminum observavi”（拉丁语：“我看到最高那颗行星由三部分构成”）打乱重组，代之以一串天书：

Smaismrmilmepoetaleumibunenugttauiras.

收到信的人，就有开普勒。他对这条暗语反复推敲，结果是：

Salve umbistineum geminatum Martia proles.

拉丁语：致意！狂怒的双胞胎，战神火星之子。

开普勒尝试往火星方向破译，并非偶然。1610年上半年，伽利略发现了木星的四颗最大卫星。开普勒从那时就开始猜想：地球有一颗卫星，木星有四颗，那么火星介于其间，卫星应有两颗？

开普勒没能拆解伽利略的字谜，语法也有问题（umbistineum就不是个合乎语法的拉丁词汇），并且，从今天的科学认知来看，他的卫星递增猜想也没有道理。可是，冥冥之中，作为“天空立法者”，似乎他说什么，大自然就得长成这样子。1877年8月，阿萨夫·霍尔在美国海军天文台，陆续发现了火星的两颗卫星——“狂怒的双胞胎，战神火星之子”。

（开普勒把伽利略另一条暗语错解为“木星上有个红点，依数学路径移动”，大自然只好遵命，在木星表面布置了大红斑。）

过了百十来年，又出了一则定量的神预言：1726年，乔纳森·斯威夫特在《格列佛游记》中描写了飞行岛“拉普达”（对，就是宫崎骏《天空之城》的致敬式同名“拉普达”），那里的岛民科技先进，他们发现了火星有两颗卫星，分别以10小时和21.5小时的周期环绕火星运行。

火卫一和火卫二的实际公转周期分别是7.66小时和30.31小时。数量级算是对了，是吧？

所以，火卫上许多特征地形的命名，除了发现者、研究者之外，还有开普勒、斯威夫特、《格列佛游记》里的人物、景点，向这些歪打正着泄露天机的大神们致敬。

许多人听到“卫星”，会想起月球或者木星身边那四个大家伙。而这两颗火卫，却能带来严重的心理落差。它们小得可怜：火卫一平均直径22.5千米，火卫二12.4千米。给大家一个快速直观的印象：月球上的哥白尼环形山，直径就有93千米呢。它们太小太轻了，无法靠自身重力坍缩成一个球体。所以，与其说这是两颗卫星，还不如说是两座山、两块大石头。

在地球上体重70公斤的人，到了火卫一表面，会觉得自己只剩40克，真是身轻如燕。火卫二的重力更弱，它表面的逃逸速度仅有每秒5.6米。假如在这里办运动会，只能安排举重、棋牌、电竞这些斯文项目，而体操、田径之类的，一个用力过猛，运动员就消失在茫茫太空，损失太惨重了。

不仅个头奇小，这两颗卫星还非常暗淡。照到上面的太阳光，它们只能反射7%（对比：月球13%，火星15%）。

把这么小、这么暗的物体放到火星的距离上，还能被发现，真是很了不起。这里面并非全靠好运气。首先，霍尔使用的设备，是当时世界上口径最大的66厘米折射望远镜；其次，他开始观测的日子，距火星大冲（9月2日）不到一个月。霍尔发现火卫二当天（8月12日），火星到地球只有0.4个日地距离，随后几天，火星离地球越来越近，有充分的时间来核实，他看到的微弱光点是陪伴火星运动的。

火卫一的英文名叫做Phobos，火卫二叫Deimos。在希腊神话里，他们是战神阿瑞斯和爱神阿佛洛狄忒（罗马神话称为玛尔斯和维纳斯）所生的一对双胞胎，象征畏惧和恐怖，常常紧随其父，出现在战场上。

这两颗卫星距离火星非常非常近：火卫一的轨道半长轴只有2.76个火星半径，火卫二相对较远，但也仅有6.92个。再各自扣除一个火星半径，以得到它们相对火星表面的飞行高度，就更是在和火星跳贴面舞了。对比一下：地月之间的空间，最宽时可以并排摆下其它七大行星呢（114个火星半径）！

于是，从火星上看，两颗卫星的视觉效果，尤其火卫一，会让地球人很不习惯。

首先，火卫一自西向东的公转速度超越了火星的自转。这样，在火星上，就会看到一枚土豆从西方冉冉升起，以极易察觉的速度，在西沉的群星中逆流而上，划过长空，4小时15分钟后沉入东方地平线。每个火星日，它大约西升东落两次。

（其实我们的月球、以及太阳系的绝大多数卫星，都是从西向东公转的，只是它们跑得太慢，追不上主星的自转，所以从主星表面看起来，像是东升西落。）

火卫二稍微“正常”些，它还是东升西落的。但它也在努力向东追赶火星的自转，所以它的东升西落，在匆匆旋转的星空衬托下，显得格外悠长。每2.7个火星日，它才会出没一次。比起火卫一来，它又小又远，从火星上看，只是一颗较大较亮的星，轻易意识不到这是个“月亮”。

火卫一每0.32天完成一次朔望，火卫二则每1.26天一次。不管从那颗“月亮”来算，火星上的“月”都太短，没什么历法意义。

其次，和火卫的公转轨道比起来，火星的半径就不可忽略了。火卫一在（火星）地平线附近时，距离明显比它过中天时更远。动笔画一画可以求得，它在地平线附近时，距离观察者大约2.57个火星半径，而它过中天时，则只有1.76个。地平线附近的火卫一的张角（0.14°），只有它过中天时（0.2°）的70%左右，这个区别，对于火星表面观察者来说，相当明显。

相比而言，由于地月之间的极远距离，我们留意不到月球的这个视觉差异。甚至，还因为建筑的烘托，反而觉得地平线附近的月球更大些。

第三，两颗卫星在赤道面附近低飞，由于行星球面的遮掩，在火星的高纬度地区，无法看到这两颗卫星。70.4°以上的极地看不到火卫一，82.7°以上瞧不见火卫二。

最后，火卫一特别容易走进火星的巨大阴影里，这时，朝向夜面的低纬度地区，全都能看到这场“月全食”，几乎每晚都有。与之相对的是，两颗火卫的尺寸都不能完全遮挡太阳，“日全食”是不可能发生的。火卫一还能勉强称“环食”，火卫二就只能叫做“凌日”了。

由于火卫们离得近，转得快，凌日几乎每天都在火星某处上演，而对于固定一处的观察者来说，只能等每火星年两次的“食季”。每个“食季”里，可以看到大约六次火卫一、及最多一次火卫二凌日。

图为2013年8月20日，“好奇号”拍摄的火卫一凌日。我们“天问一号”的计划着陆地点在乌托邦平原南端，属于中低纬度，盼望它也能分享火卫凌日的奇观。

离主星极近，公转轨道极圆，所以毫无悬念地，这两颗火卫都已经被火星潮汐锁定，始终只以固定的半面朝向火星，就像我们的月球那样。但潮汐作用最终会毁掉火卫一：它正在逐渐缩小轨道，每百年朝火星下降两米。大约3千万到5千万年内，它会突破火星的洛希极限，解体化为星环，坠落火星。火卫二则被潮汐作用渐渐推远。

这两颗行星的起源尚在争议中，主要的假说有捕获、吸积和撞击。它们的低密度、低反照率等特征，很像附近小行星带里的C型、D型小行星，而它们非常规整的近圆轨道又不像是临时凑合的作品，有人认为它们最初可能是作为一个联体被捕获的，被潮汐力拆分后，各自到了现在的位置。对火卫一的热红外探测显示，它富含硅酸盐成分，和火星表面很相似，从这点看，很像是撞击的结果。也有人认为，过去可能有大量小天体环绕火星运行，甚至形成过较大的卫星，这两颗卫星是星环或卫星解体后的残留。

如果能登陆火卫，现场采集岩石土壤，相信能获得火卫起源的可靠证据。2011年11月，俄罗斯的“福布斯-土壤号”（Fobos-Grunt）原计划登陆火卫一、搜集土壤并返回。可惜这枚探测器变轨失败，最终坠毁在地球大气层。

和“福布斯-土壤号”一道坠毁的，还有我们的探测器。“萤火一号”搭车同往，不幸遇难。

匆匆十年弹指一挥，这次我们不搭车了，让“天问一号”自己飞。目前，“天问一号”在停泊轨道运行，远火点大约18个火星半径，近火点距离火星表面只有280千米（0.0826火星半径）。它走的是极地轨道，远则俯瞰火星火卫，近则穿行二者之间。除了预设的火星探测任务，它能否带来与火卫有关的惊喜，让我们拭目以待。

翻阅行星探测史时，会发现一些匪夷所思的数字。比如：

“信使号”（MESSENGER）2004年8月3日发射，2011年3月18日进入环绕水星飞行的轨道。历时6年7个月。

“新视野号”（New Horizons）2006年1月19日发射，2015年7月14日飞越冥王星，历时9年半。

水星是距离太阳最近的行星，跑在地球的内圈，即使和地球隔着太阳遥遥相对（所谓“上合”）时，最远也不过1.5个天文单位（AU，即日地平均距离）。而冥王星曾是最遥远的行星（至少，“新视野号”发射时，它还是呐），“新视野号”遇见冥王星时，已经离地球32AU了。

为什么跑到冥王星只用了9年半，而到水星却要超过6年半呢？是不是“信使号”项目组把科研经费A掉了？

其实，一切都出于无奈。水星的公转轨道位于太阳重力场的深处。探测器从地球出发，如果划一条简单弧线去水星，那么，与其说它前往水星，还不如说它在坠向太阳。打个比方：四楼阳台上，一个大汉手滑，丢下一个铅球，嚷着让二楼阳台的孩子接住，结果会怎样呢？

地球就是四楼的大汉，水星就是二楼的孩子。已经挣脱地球引力的探测器，再被质量巨大的太阳持续加速之后，表面重力加速度只有地球38%的水星根本抓不住它。

假如不考虑绕飞，而只是从表面掠过的话，项目就会容易得多。“水手10号”探测器（Mariner 10），1973年11月3日发射，只花了3个月（次年2月5日）就跑到水星身边了。但它跑得实在太快，无法入轨，最终围着太阳转了下去，和行星们平起平坐，级别还挺高呢。

其实拿“新视野号”来比较，并不太公平，对吧。“新视野号”也只是飞掠，倘若任务是绕冥飞行的话，就也要考虑抵达速度和刹车问题，不能跑太快。更公平的比较对象，是用了6年8个月落户土星的“卡西尼号”（Cassini）。

回到原题上来。那么，我们多装些推进剂，让探测器自己猛踩刹车，行不行？

真不行。即便是很“省油”的最终方案，推进剂依然占掉了探测器总质量的54%，再加燃料的话，就要换重型火箭才能升空。并且，推进剂容器和隔热系统（对于阳光炽烈的水星探测很重要！）全都要重新设计，项目组承受不了这个成本。在约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的官网上，项目组答问时，非常老实地说：这个项目，推迟升空的话，就基本会被砍掉了……

推进剂对于“信使号”入轨后的科研工作也很宝贵。水星太小了，太阳太近太大了，在强烈的引力干扰下，绕飞水星需要大量燃料维持轨道。把推进剂留给科研探测，比花在路上值。

于是，“信使号”前往水星时，利用行星引力逐层降轨，走了极其迂回的一条道路，参与引力变轨的行星有地球、金星甚至水星自己。这个方案省油耗时。发射升空后，它飞掠了1次地球、2次金星、3次水星，到第4次遇见水星时，才算正式抵达。

2004年8月3日上天后，它先沿着近似地球轨道的椭圆兜了一圈，过了整整一个地球年，2005年8月2日，它再次和地球会合，并被地球引力甩向内圈。然后，它在地球和金星之间转了近3圈，期间2次飞掠金星。

第1次飞掠时，它把轨道调整为和金星公转周期同步。这样，经过整整一个金星年（225天），它们就可以在同一点再次相遇。

2007年6月5日，“信使号”第2次飞掠金星，并被丢往水星方向。它的轨道变成一个很扁的椭圆，近日点在水星轨道、远日点在金星轨道。

换言之，刚才说的四楼大汉丢铅球，现在挪到三楼丢了，二楼的小朋友感觉好了些。

不过，此时的“信使号”通过近日点（即水星轨道）时，秒速大约62.5千米，水星还是接不住（水星公转秒速39~59千米）。事实上，“信使号”升空后不到3年半（2008年1月14日），就已到过水星，只是这次刹不住车，喊声“嗨”就绝尘而去了。

怎么办呢？一次接不住，那就多见几次面，每次慢一点吧。为了和水星约会，“信使号”陆续做了5次深空变轨（DSM）。它耐心地围着太阳转了11圈半，期间遇到3次水星。每次见面，它都把速度降一点，把轨道缩一点。到第4次相会时，水星终于能够留住它了。

2011年3月18日，“信使号”正式进入环水轨道，成了水星的一颗人造卫星。此刻它离地球1.6亿千米，可是回顾来路，它已经绕日飞行了15.2圈，全程79亿千米，相当于从天王星走直线到太阳，再走直线去一趟“新视野号”遇见冥王星的位置。

咦？这么说，“信使号”走这么“慢”有情可原了。但是，它6年半走了一个天王星加一个冥王星，而“新视野号”花9年半才到冥王星，那么，是“新视野号”项目组A掉了科研经费？

其实也没有。“信使号”的6年半，一直在太阳附近高速运行，而“新视野号”则脸朝外飞，被太阳拖着后腿，越飞越慢。越过木星轨道后，速度已经降到每秒十几千米。只不过，在水星附近，飞到每秒四五十千米依然跳不出太阳的手心，而在木星以外，十几千米的秒速就足以冲出太阳系了。

“信使号”的轨迹，虽前无古人，却后有来者。2018年10月20日，欧洲空间局的“贝皮可伦坡号”（BepiColombo）绕水探测器发射升空，它也会采用“信使号”式的路径，眼睛瞅着别处，假装随便逛逛，飞掠1次地球、2次金星、6次水星、到第7次才入轨。一切顺利的话，它将在2025年11月2日入轨，全程耗时7年出头，比“信使号”还要多出5个月。

由于前往水星的路上节省了大量推进剂，“信使号”花了7个月完成既定探测项目后，又加班3年半，直到2015年4月30日才坠落水星。能在绕水轨道上坚持4年多，非常了不起。看似浪费时间的路径，还是很值得的。

总有人担心停在窗台上的小斑鸠会摔死，想把它接进来。这个担心并无必要。为了说明这一点，我根据标准的空气阻力公式，写个小程序产生几组数据。即使小鸟只会本能展翅下坠，掉到十米时，速度就满格了，每秒才六七米，相当于人掉到两米时的速度（何况尺寸越小还越抗摔——另一个故事）。白颊黑雁一出壳就能跳百余米的高崖，是有物理支撑的。

duckling = (1.8, 0.1 * 0.15, 0.08)
dove     = (2.3, 0.1 * 0.30, 0.15)
human    = (1.2, 0.4 * 1.75, 60)
vacuum   = (0, 1, 1)

(dragcoeff, S, m) = dove

airdens = 1.293
g = 9.8
G = m * g

height = 60
dt = 0.001

i = 0
v = 0
h = 0
while h < height:
    drag = 0.5 * dragcoeff * airdens * S * v**2

    if i % 100 == 0:
        print("%.3g, %.3g, %.3g, %0.2g" % (dt * i, h, v, drag / G))

    if (abs(drag / G - 1) < 1E-3):
        break

    v += (G - drag) / m * dt
    h += v * dt
    i += 1

未来，也许会浮现出一批新生人类，技能是两眼独立转动，一眼看手机，一眼看路。做不到这一点的，则迅速被城市交通所淘汰。

直观设计当然是脑门加只眼、胸口长只手，但三眼三手都会被孕检发现、提前流产掉的，只有两眼独立运行的缺陷/优势容易幸存。

路边停着辆警车，一群人闹哄哄地挤着。伸头张望一下，人堆儿里貌似两个小偷，脚并脚系着链子，被警察牵着指认现场。不好意思跟着围观群众起哄拍照，怪愚昧的，用埃及风画一下吧，大约就是图中的样子。

1月5日13:09左右，地球过近日点，并且是在此后1000年内最近的近日点。日地距离0.983天文单位，或147.087兆千米。昨天没出太阳，今天补一张，反正也看不出来这个差别。