1、火星大衝特輯 賴兆光 一） 火星簡介自有文明開始，人類便對這顆血紅色的行星很感興趣。古埃及早就注意這顆紅色之星(The red one)，巴比倫直接稱呼其為死亡之星，古希臘因其顏色而將其與戰神扯上關係。中國則因其怪異而稱之為熒惑。古希臘人早就由火星的運行規律，推定火星為行星，只是直到哥白尼、第谷、刻卜勒及伽俐略等人的努力後，才推算出較準確的火星軌道。火星的軌道偏心率是全太陽系中第三大（第一二名分別為冥王星及水星），亦即是說，它的近日點和遠日點距離相差很大（近日點為206.5 x 106公里，遠日點則為249.1 x 106公里，平均距離為227.9 x 106公里）。自轉一圈需24小時37分2

2、2.7秒。公轉周期則為686.98日。火星有兩顆衛星：福博斯（Phobos）及代模斯（Deimos）。火星是一顆外行星地球之外圍繞太陽公轉的行星。因為地球公轉速度比火星的快，故當地球接近火星（衝）之時，火星於天空的運行軌跡便顯得有趣：先是火星沿著黃道往東移（順行），漸漸地速度變慢（因為地球追上火星，令火星的視運動速度變慢），最後停下來（留），跟著沿反方向往西運行（逆行），然後再減慢速度，最後再回復順行。這種現象全都是因為兩顆行星的不同運行速度所致。火星於衝日期間的運動軌跡1至3 -順行； 3 - 留； 4 - 衝日； 3至5 - 逆行；5 = 留；5至7 -順行二）2003年火星大衝資料火星6

3、月中由摩羯座進入寶瓶座，7月31日留後逆行，光度增加。至8月27日最接近地球。8月29日衝日，光度達到-2.9等，比木星更亮，視直徑亦比土星為大。衝日時於晚上6時半東升，整夜可見。由於金星於6月底已接近太陽方向，至10月中才在黃昏天空出現，因此自7月中至10月8日，火星是全天最光亮的行星。（上）擇自日本天文guide 雜誌6月號的火星運行位置及大小變化圖，其位置以每個月第一日作準。當中包括其位相，星等及視直徑。（下）火星由6月1日至7月15日之間，從望遠鏡見到的位相詳細變化圖。三） 火星大探索美蘇競賽說起探索火星，又要追溯冷戰時代美蘇的太空競賽。話說於蘇聯人搶先拍攝到月球背面後，兩個超級大國再

4、將注意力轉往兩個行星上：金星和火星。於1962年蘇聯先作失敗嘗試（火星一號Mars 1），1964年美國海員四號（Mariner 4）成功拍攝火星，但在1971年蘇聯卻派了足足兩艘太空船降落火星，其中第一艘（火星二號Mars 2）的降落器損壞，結果它帶著蘇聯旗直撞落火星表面，成為第一件到達火星的人造物件；第二艘（火星三號Mars 3）則較好運，成功安全地降落在火星上，但二十秒後通訊突然中斷，由於當時火星正刮起塵暴，有人懷疑是火星的風暴將太空船吹翻。同年的美國海員九號（Mariner 9）則持續拍攝火星地表。1973年蘇聯再登陸火星（火星六號Mars 6）失敗後，終於由美國的維京一號及二號（Vi

5、king 1 and 2）於1976年為美國挽回面子，成功降落火星。冷戰結束後，火星任務一直也沒有停頓。其中最成功者為美國的火星全球堪探家（Mars Global Surveyor）及火星探路者（Mars Pathfinder），前者至今仍然傳回火星高解象圖片，後者則成功降落火星表面，並派出一架遙控探測車於火星表面行走。最近歐洲太空總署成功發射火星快車（Mars Express）探測船，預計將於今年12月到達火星，並派出登陸船探測火星的泥土。火星全球勘探者火星快車維京一號火星探路者火星有否生物？一直以來，人們覺得火星極有可能有生物，其中美國人羅威爾（Percival Lowell）將其推廣。一

6、切始於1877年，一位名為Schiaparelli的義大利天文學家發現火星上有類似線條的形態。羅威爾相信這些線條是運河，並自行建立天文臺觀測火星，還繪形繪聲地宣稱觀測得火星的運河網絡、植被變化等，於是乎世界牽起一股火星人熱潮。當然亦引起更多人去觀測火星。火星運河是否存在一直爭論至了七十多年，直至太空船証實運河並不存在，只是觀察者的錯覺而已，火星人並不存在。（左）美國人羅威爾。經過他的宣傳後，火星成為眾望遠鏡的焦點。（上）Schiaparelli的觀測手稿，內裡的火星充滿一條條的幼細的線條，羅威爾把它們視為火星上的運河，並積極鼓吹火星有高智慧的生物存在。至於有沒有較低等的生物？為了解答這個問題，

7、美蘇兩國分別登陸火星進行勘察，其中美國維京太空船進行了一系列的實驗，並進行了有關對火星生命的實驗。該實驗假定火星泥土內的微生物有類似地球生物的反應，可是得出來的結果卻令科學家費解：火星泥土給出類似地球生物的反應，但卻沒有尋獲任何有機物質。最後科學家得出結論：火星沒有生命。頓時給尋找地外生命的人澆了一盤冷水。可是有些人始終認為維京實驗有問題，火星應該有微生物存在，尤其當有科學家發現一顆來自火星的殞石上面有類似微生物化石的長條狀結構，更令克林頓總統即刻下令加強探測火星。可是到最後發覺這些化石只是殞石撞落地球前，於大氣燃燒時由高溫產生的結構，與生物談不上關係。但科學家仍然死心不息，他們從美國火星家太

8、空船的照片上，發現火星表面存在眾多的水溝，並表示這些水溝是當地下水從地底滲出時造成的，亦即表示火星有液態水存在。科學家期望可以在這些水溝的源頭找到微生物，但當經過反覆觀測後，發覺這些水溝是由兩極融雪時，大氣降下的露水凝結沖刷而成的，火星地底沒有液態水存在。能夠尋找火星生命的機會似乎愈來愈渺茫，但科學家仍未放棄，美國將會準備再派登陸船探測火星，長遠甚至會派太空人上火星，就讓時間和科技來解答火星生命之謎吧。（最上）殞石ALH84001，內裡有類似細菌的結構（上），可惜後來證明與生命無關。（右）火星的水溝，有科學家期望可在水溝源頭找到生物。四） 觀測火星雖然現在已經有太空船圍繞火星進行持續觀測，但這

9、並不能取代業餘觀測的重要性，因為從地球上望去，火星的形態變化似乎不是太空船能夠全部應付的。沒錯太空船可以取得超高解像的火星表面相片，但對於一些大範圍的觀測，則是太空船的死穴。例如火星上的稱為海或湖的灰暗區域會隨火星季節變化而有色調深淺的改變，我們亦不知道為何這些區域會有形狀變化。此外我們更要觀測神秘的紫色清透現象，甚至長期監察火星雲層的變化，以及其他突如其來的有趣現象。最重要就是它容許世界各地業餘天文愛好者一同參與。儀器選擇由於今次火星大衝，火星視直徑有25角秒，足足有木星的七成之多，故此使用一支小口徑望遠鏡放大約90倍，已經可以把火星放大至好像用肉眼看月球一樣的大小。不過如果想深入觀測火星表

10、面的形態或者進行高解像度攝影，那麼一副高質素的4吋折射鏡或者6吋折反射鏡就是基本配備。最好則是使用10吋牛頓式或者折反射望遠鏡，因為它剛好可以分辨地球大氣的亂流，而且它有巨大的集光力及分解力。那麼10吋以上的鏡呢？沒錯更大的望遠鏡其集光力及分解力更強，可惜它的影像更容易被大氣亂流干擾，尤其是當天氣狀況麻麻時更甚，反而一些較小口徑的望遠鏡對大氣亂流比較不敏感，更適合於差勁大氣狀況使用。鑑於七月至九月是傳統的多雨水兼打風季節，各位香港的天文同好可以選擇一些高質的小口徑（例如4吋折射鏡）來觀火星。折射式望遠鏡折反射式望遠鏡。觀測火星最好用質素較好的目鏡，例如Or型或者Plossl型目鏡，最好加上一副

11、高質素的巴羅鏡（Barlow lens）以增大焦距。別以為目鏡只是放大影像那麼簡單，同一副望遠鏡，使用高質素目鏡，比使用低質素目鏡，可以看得更真，更多，更清楚。因為靚目鏡除了更好的eye relief之外，最重要是它們可以準確呈現影像的真正顏色，以及改善影像的反差。這些儀器必須於事前調校妥當。因為使用高倍放大，故火星會很快離開視場，故此最好使用赤道儀進行追蹤以令影像穩定。如要拍攝火星，電動追蹤設備更是必需。觀測火星最好使用濾光鏡來輔助觀測，不同波長的濾光鏡可以增強各種火星特徵的反差，甚至是看得見與看不見的分別。它除了可以減低不必要的散射光與耀光外，亦可以加強火星表面斑紋的反差，或觀測火星大氣不

12、同的層面。以下列出觀測火星最常用的濾光鏡（數字為柯達公司出品的Wratten濾光鏡編號）。（左）各類目鏡，以高質素的為佳。（上）各種濾鏡的顏色：（上左至上右）12，21，25A（下左至下右）58，80A，47。顏色Wratten No.功用黃8, 12, 15可改善視相，使極冠及白雲更顯現，但功效不大。橙21, 23A非常好用的濾光鏡。它可增加燈紅色的陸地與灰綠色的海的反差，增強極冠界限，穿透霞氣，以及方便觀測黃雲。紅25A, 29效果比橙色濾鏡更好，可惜因為吸光性較強，故影象會暗很多，只宜於較低倍及大氣穩定時使用。如要作拍攝用，其曝光時間比橙色的濾鏡要多八倍時間！綠56, 57, 58加強表

13、面的霜及霧，亦可以觀看極冠雪線及尋找黃雲。藍綠64觀測極冠霞氣。藍80A, 38, 38A用來觀測高層水氣白雲及邊緣霞氣，亦用來尋找紫色清透。紫47觀測極冠雲、綠霞氣及紫色清透。火星的形態及特徵火星的表面形態可依其顏色與光度分為下列四大類：一） 陸地（Continent）或稱沙漠，是火星上燈紅色的區域，佔表面六分之五。二） 海（Mare）或湖、沼、灣、峽等，是火星表面灰褐色或灰綠色的區域，佔表面六分之一。三） 極冠（Polar Cap）為火星兩極最光亮之區域。四） 雲層（Clouds）有各種形態，是火星的主要大氣現象。業餘天文愛好者可以落足眼力，觀測以下列出的火星形態：）極冠的變化極冠是火星上

14、最易見到的形態，它是由水和二氧化碳（乾冰）積聚而成的。火星的北極極冠通常在遠日點衝（aphelic opposition）時見到，它比較細小；相反火星南極極冠往往在近日點衝（perihelic opposition）時見到，它的範圍比較大，而且形態變化較多較豐富。今年火星大衝時剛好可以看到火星的南極，而且它開始踏入夏季，大家可以留意其大小改變。其中可要注意觀測南極極冠，於Novus Mons一帶的變化：當春天來臨這座位於南極極區內的高山時，它表面上的積雪迅速溶解，令極冠看來斷成兩截。另外隨著時間推移，南極極冠的地形起伏亦令它的形態有微妙的變化。當火星極冠溶解或凝結時，極區附近時有雲霧出現，遮掩

15、部份極冠邊緣。通常這些雲層只會影響一個半球，即是說今年南半球的天氣情況很大部份會受極冠變化影響。其中最大機會是火星的Hellas basin地區出現因極冠溶解而出的白雲香港廖慶齊先生於 1971年拍得的火星照片，可見極冠及火星的細微變化。另一個很適合長期觀測的是量度火星極冠的大小變化，大家可以嘗試使用繪圖，或者利用刻度目鏡，甚至於相片上量度極冠的大小。這些數據必須配合當日火星的角秒大小一同計算才有意義，最後便可以得出一個火星的溶雪或凝結圖表，標示出有多少火星極冠溶解，從而推估出火星大氣的變化情況。此外還有兩項觀測可以挑戰高階觀測者。一是觀測極冠表面地形，例如Novus Mons的出現與消失。二

16、是觀看溶雪線的位置。它往往是一條黑色的帶狀區域，於春天溶雪時開始產生，並於夏季觀看得到。它標示出極冠未溶雪前的界線。這些雪線相信是極冠內的水冰溶解時所產生的。由於每一次極冠凝結時，水的份量經常有變，因此雪線亦非固定。大家可以比較雪線的闊度以及極冠的溶解速度，甚至可以記錄雪線出現及消失的時間。）火星大氣的變化火星大氣雖然稀薄，但亦十分活躍，最常見及較易見到的為雲塊的出現。這些雲塊活動通常與極冠變化有很大關連。火星大氣主要有五項現象，分別為：1) 白雲2) 黃雲3) 沙塵暴4) 紫色清透5) W形雲白雲多出現於赤道及中緯度地區，及在火星的日出日落界線。它們是火星上的霧氣或煙霞，甚至可能是火星低地的

17、霜降。過往觀測發現當極冠溶化時白雲增多，故它與季節有關。此外火星的霧亦和地球的一樣，於晨早形成，並於中午消散，故此要多留意火星邊緣的日出日落界線看看有沒有白霧出現。黃雲，沙塵暴每當火星大衝（亦即火星最接近近日點時），火星表面往往會有強烈的熱對流，並於稀薄的火星大氣產生強風，將表面泥土吹起，由塵土組成的黃雲便會出現。這些黃雲往往是沙塵暴的種子。它的特性是只在特定地點形成，主要是Serpentis-Noachis-Hellas區及Claritas Fossae-Solis Planum出現，通常是同一時間先刮起數個細小風暴，然後像野火一樣快速擴散，最後遮蓋著整個火星表面，令整個行星成為一片橙紅色。

18、這些黃雲起得快，但卻需要數星期甚至數月才會消散，原因是火星大氣稀薄，阻力小，懸浮塵土需要更長時間才可減少能量降回地面。雖然沙塵暴可令一眾想睇火星表面形態的天文愛好者大嘆倒楣，但它卻給火星氣象學家一個研究火星大氣環流的好機會。（右）火星上的沙塵暴（左下角的一團黃煙）是一團冒起得極快的沙漠風暴，往往需要很長時間才能消散。紫色清透如果通過藍色或紫色濾光鏡來觀看火星，通常不會看到表面形態，最多只可看到兩極。但有某些時候，火星表面的細節會變得不太顯現，甚至使用橙或紅色濾鏡都無補於事，惟獨使用藍紫濾鏡卻一反常態，可以看到表面特徵。這就是紫色清透現象，它可以持續數天。天文學家最初以為是火星高層的紫外光雲作怪

19、，但最近發覺不是那麼簡單，當中可能牽涉火星地形的反照率，甚至是地表的偏振光亦有關係。紫色清透現象較罕見，大家不妨留意。W形雲於火星火山上形成的W形雲是最值得監察的。它們通常於火星夏季出現。由於它們反射長波長光線，故使用藍或紫色濾鏡有助觀看此現象。這些W形雲移動迅速，觀測者最好記錄它的出現時間，地點（最好是火星經緯度）以及形狀變化等。）火星巡邏一個長期的觀測火星計劃，盡量持之以恆地記錄火星的變化，尤其是一些突發的現象，例如雲層的出現、紫色清透、沙塵暴、暗區形狀大小改變、極冠變化，甚至是火星上出現的白斑等均可以通報。透過互聯網，世界各地天文愛好者可以互通消息，令其他同好可以快速觀測該等現象。通常做

20、火星巡邏，除非有前所未有的現象，否則不需要作拍照或繪畫記錄。）季節轉變由於火星自轉軸與公轉平面有24.9度的傾角，故此火星跟地球一樣亦有季節變化，只是沒有地球般明顯。當火星季節轉變，除了極冠變化外，最明顯的莫過於火星表面的暗區顏色變化。初時人們以為是火星的植被生長，後來查明是火星地表反照率改變。另外還要注意火星各個特色地形的季節變化，尤其是其形狀大小及位置的改變。）目視或攝影記錄相信眾多的天文愛好者均希望利用各種方法，將火星大衝的一刻永遠記錄。以前的人大多使用目視及繪畫，現今科技先進，可以用高速底片，甚至是數碼相機或webcam來進行記錄。雖然攝影是一個較為客觀的記錄方法，但由於在高倍放大會出

21、現很多技術性問題，主要是底片微粒限制、曝光失準、大氣擾動及儀器有效倍率等，令拍攝效果未必理想。就算現在最時興的webcam數碼相機加軟件處理，亦只是盡量從畫面中取得更多細節，當要面對火星上的低反差地形特徵時，往往會力不從心，反而肉眼經過適當訓練後，可以很輕易地辨別這些地表（尤其是在大氣瞬間穩定時，肉眼更可以捕捉到火星的細節）。一些天文愛好者的繪畫記錄的精細度甚至拍得住專業望遠鏡的拍攝質素。故此除了專注於拍攝之外，大家亦可以嘗試拿起紙筆，一起來畫火星。繪畫火星：繪畫火星所需的設備包括一張夾在一塊墊板上的記錄紙，上面有一個直徑42mm的圓形（代表火星的4200哩直徑）、不同硬度的鉛筆（3H、HB或

22、B、2B等）、小電筒（用紅紙包著）及軟擦膠。觀測前先從年表上找出火星的極方位及位相，並在圖上繪上火星的南北方向位置（有異於天球或觀測時的南北）觀測及繪畫的步驟如下（見圖）1） 定天球的東南西北I) 定東西當望遠鏡沒有追蹤時，火星的移動方向為西（圖中可寫上W或者p(Preceding領前的方向)），另一方為東方（E或f (Following)）。II) 定南北將望遠鏡移向北方，火星像離視場的方向為南，在圖上寫下南北的方向。2） 繪出極冠的形狀與大小（記下開始繪畫的時間）3） 畫出火星面中央及其他部份的輪廓。4） 將火星表面中央明顯的細節先描繪出來，然後是其他地區的細節。5） 將各區域的光暗程度以

23、0至10表示（10最白，0全黑）及描述各區域的色調，火星的大部分沙漠區為8，較深色的海為3至4。）6） 將濾光鏡所見的細節加上（用符號來區別）。雲塊或霞氣則用虛線表示。用不同硬度的鉛筆將區域或細節的濃淡程度表示出來。最後再注視火星一次，看看有否需要修改。7） 在記錄表上記下有關的資料日期、開始及完成繪圖時間、望遠鏡的口徑、焦距、型號、目鏡及倍數、濾光鏡、觀測者姓名、觀測地點、大氣穩定度及透明度。再從年表或電腦程式中找出觀測時的中央經度、視直徑及光度等。8） 在室內依觀測時所做的記錄，必要時重新整理繪畫一張永久記錄（可用一團捲實的紙巾擦在炭色上使色調均勻）。注意如果觀測時使用天頂稜鏡，因東西南北

24、方向可能有反轉，在整理時要適當處理（將原記錄紙反轉，在紙後用筆再依位置描出各形態），使最後繪圖要與天球的東南西北一致。在繪畫前或繪畫時必須注意下列各點，方能事半功倍：1） 設法減少造成大氣不穩定的因素。望遠鏡最好放在空曠的草地上，最好不要在水泥、沙地及石質上設鏡，因為這些表面吸熱，黃昏後需要很多小時冷卻，期間熱氣上昇造成亂流，影響穩定度。最好在觀測前一至兩小時將望遠鏡搬往室外以達熱平衡，減少鏡筒內的亂流。2） 望遠鏡的光軸必須事先校準。3） 最好待火星升至較高角度時才進行觀測繪畫。於大衝期間，火星於午夜時分升至最高位置。4） 觀測時位置必須舒適，最好坐著觀測，紙筆應放在適當的位置，最好是一塊硬

25、面之上。5） 試用各種倍數觀看，如大氣不甚穩定，用最高倍的倍率效果未必理想，應選用能見最多細節的最低倍率。6） 勿操之過急，在繪畫前應用10分鐘觀看以瞭解情況。繪畫時最好不要超過半小時，應盡量捕捉大氣穩定時所見的細緻地方。7） 善用各種顏色的濾光鏡以發掘火星的各類表面及大氣情況。8） 經常觀測及記錄，最好統一觀測記錄，以便比較或呈交予國際行星觀測組織。拍攝火星：火星在大衝期間，就算用1000毫米焦距的長鏡拍攝，菲林內的影像亦只有0.1毫米，故必須利用望遠鏡進行高倍目鏡放大方法。用一般黑白底片，最好能將影像放大至不小於1.5毫米，而彩色底片最好不少於3毫米。一般採用6至12毫米焦距的目鏡作投影之

26、用，再加上適合的延長管以增加手投影距離。高倍放大要特別注意以下的問題：一） 優良的儀器主鏡最好有較大的口徑與較長焦距，目鏡質素良好，光軸調校準確，赤道儀須穩固及擺放準確，主鏡及目鏡要保持清潔。二） 良好的追蹤馬達的速度最好調校至合適，用恆星速便可。驅動部分須順滑無虛位。三） 準確的對焦相機最好使用放大對焦觀景器，最好換用極幼的磨砂片或有十字線的透明片。高倍時光度較暗，可以月球或光亮的恆星為對焦對象。每次曝光前須檢查焦點。四） 適量的放大最好能放至f/150至f/200左右，不過用小口徑望遠鏡拍攝，影像一般都太小，難於見到細緻地方。五） 適當的濾鏡用黑白底片拍攝，加上適當的濾鏡可以增加地形或雲霧

27、的反差。再配合掃瞄器及電腦軟件更可以用RGB三色來重造彩色的火星影象。六） 最小的震盪盡量減低儀器、相機及外來的震盪。用相機的快門曝光必會造成震盪，最好改用鏡前黑咭攝影法。七） 適合的底片由於高倍需要長時間曝光，所以最好選用較高速的底片。如大氣穩定及有優良儀器，可試用100度菲林。如儀器不甚理想，則寧可選用高速度菲林，例如400度及800度菲林。八） 適當的曝光最好通過嘗試，以找出不同放大系統最適合的曝光，拍攝時多拍幾張不同曝光。九） 穩定的大氣等待火星升至高角度才拍攝； 大氣穩定情況可以用另一枝望遠鏡來監察，穩定時才曝光。避免將鏡放在水泥地或建築物旁。十） 小心的黑房處理如自己沖曬，必須小心保持清潔。標準曝光時間（秒）f/11， ISO 100有效焦比值底片速度大氣減光f no.補償ISO補償水平高度補償水星（大距）1/2504X1/825X490°X1.00金星（最光）1/20005.6X1/450X270°X1.05金星（大距）1/10008X1/