从令人畏惧的“荧惑”到解锁奥秘的“圣地”

王科超

“荧惑守心”的真相

《汉书》中有段记载：“（汉成帝）绥和二年春，荧惑守心。二月乙丑，丞相翟方进欲塞灾异自杀，三月丙戌，宫车晏驾。”以上这段文字今天看来或许显得稀松平常，然而背后其实隐藏着一起血淋淋的政治惨剧。

绥和二年（公元前7年），西汉王朝已摇摇欲坠、民不聊生，各地相继爆发农民起义，再加上外戚擅政，大权几乎全部为太后王氏一族掌握，这为王莽篡汉埋下了祸根。而此时的汉成帝却昏聩无能、沉迷酒色，甚至连个继位的皇子都没有。这时，有星象家告诉汉成帝，天空中出现了最为凶险的“荧惑守心”天象，这是帝王驾崩的噩兆。汉成帝十分害怕灾祸会降临到自己头上，于是下诏书将丞相翟方进斥责一通，说他办事不力，以致政事紊乱、天灾不断，皇帝的性命恐怕难保，逼令丞相“君其自思，强食慎职”。翟方进看罢诏书，只好尽忠自杀，以此来为皇帝挡住灾祸。尽管如此，不出一月，正值壮年的汉成帝还是暴毙而亡，十多年后西汉王朝也被王莽篡灭。

翟方进身为丞相却要因“荧惑守心”的天象自杀，背后必然有复杂的政治斗争。尽管如此，从中我们也可以看到，在天人感应思想的影响下，中国古代天文学紧密地与星占、术数相结合，带有浓厚的人文精神及非科学色彩，这一特点不仅仅表现在政治上，对当时古代社会的方方面面都有影响。不过，也正是由于官方对天文的重视，我国历代累积了非常丰富的天象记录，其中部分观测资料仍有助于现代的天文研究。

那么，“荧惑守心”究竟是怎样的一种天象呢？“荧惑”两字的本义是使人迷惑、炫惑的意思。肉眼可见的5颗行星中，火星的颜色红亮，亮度变化很大，运动轨迹最为复杂，时常令人感到迷惑，因此古人又将火星称作“荧惑”。而“心”是指古代二十八宿之一的心宿，心宿中最亮的星即是我们熟知的天蝎座中的心宿二，这是一颗红巨星，颜色鲜红明亮，似熊熊火焰，故又称“大火”。《史记》中有“荧惑为孛，外则理兵、内则理政……”的记载，意思是火星与灾祸相关联;而心宿是天上“明堂”之所在，心宿二是帝王的象征。在古人眼里，二者相遇自然对君王不是什么好的征兆。

行星本在轨道上运行，因为相对地球位置的变化，在星空背景上也就不断变换着位置。行星在天空的视运动有时顺行（由西向东运动），有时逆行（由东向西运动），顺行和逆行之间有一个时刻，行星看起来是停留不动的，叫做“留”。当火星在心宿内发生“留”现象，便称为“荧惑守心”。

其实，“荧惑守心”这一现象大约每50年左右会发生一次，最近的一次发生在2016年。有学者统计，中国史书中涉及“荧惑守心”的记载仅有23次，但其中包括汉成帝二年的这次在内的17次记录其实并未发生，因此推断这些记录是为附会时事相应而做的造假记录。中国古代天文学在皇权的束缚下扭曲发展的情况，由此可见一斑。

解开行星运行规律的钥匙

人们对行星运行规律的探索从未停止，直到17世纪初，德国天文学家开普勒发现了行星运动三大定律，人们终于可以预言行星的运动了。开普勒也因此被后人誉为“天空的立法者”，而帮助开普勒为天空立法的正是“红色战神”一火星。

开普勒以哥白尼日心体系为基本框架，利用第谷极高精度的观测资料开始研究行星的运动。他首先选择研究复杂的火星运动，因为火星是地球轨道外的行星，轨道周期是1.9年，第谷获得的火星观测数据最为丰富。而且，火星椭圆轨道的离心率达0. 093，与圆的差别很大，从这点来说他的选择非常的幸运。

开普勒首先巧妙地利用火星的位置和第谷留下的大量观测资料计算，发现在相同时间里，地球到太阳的连线扫过的面积相等。这一结论便是行星运动第二定律，或面积定律。

之后，开普勒利用第谷的10个观测数据来模拟当时人们普遍认为是偏心圆的火星轨道。然后，他应用刚发现的面积定律，加进第谷其他的观测值来检验，发现出现了8的误差，而第谷观测资料的精度为2，因此他认为很有可能是火星偏心圓轨道有问题。他又试算了火星是卵形线等轨道也失败了，最后他试用某种偏心率的椭圆轨道时，发现理论推算与第谷的观测资料密切相符。于是，开普勒得出结论：“火星在椭圆轨道上环绕太阳运动，太阳位于其中的一个焦点上。”这一结论便是行星运动第一定律。

1609年，开普勒公布了他发现的行星运动第一定律和第二定律，但开普勒并没止步于此，他认为各行星离太阳的距离一定与行星的某种运动特性有关。经过9年的计算，他终于在1619年得出以下定律：“各颗行星绕太阳公转周期的平方与它们到太阳平均距离的立方成正比。”这一定律便是行星运动第三定律。1619年，该定律在他出版的《天体的和谐》-书中正式公布。

开普勒行星运动定律

融入开普勒三定律的新日心地动说，仅仅用了7个椭圆就代替了哥白尼理论中的34个圆，因此开普勒的理论更和谐、更简洁、精度也更高。人们因为开普勒定律而对行星运动有了明晰的概念。开普勒在科学思想上表现出无比勇敢的创造精神，也为后来牛顿发现万有引力奠定了坚实的基石。

科幻的源泉

火星诡异的运动令古人感到疑惑，偏红的颜色又让人联想到“血”与“火”，所以中国古人视之为“荧惑”，古巴比伦人将它与死神内尔伽勒联系在一起，古希腊人则将它视为“战神”。这类联想一直延续到了近代和现代，并且影响到了科幻小说家乃至部分科学家，使他们作出了一厢情愿的“发现”，其中最著名的无疑是所谓的“火星运河”。

1877年，火星和地球运行到了它们相对轨道上最靠近的点，天文学家纷纷将望远镜对准火星展开详细的观测。意大利天文学家斯基帕雷利惊异地发现，在火星的圆面上布满了极细的由直线构成的复杂图样。他把这些线条叫作“Canali”，意思是“沟渠”，但被人误译成了英文“Ca -nal”（即“运河”），暗示它们是人工的构造，并由此推测火星上存在着智慧生命。这一“发现”被媒体大肆报道，轰动一时。

1894年，美国天文学家罗威尔出资在亚利桑那州一片海拔2000多米的高原上建立了一个天文台，其主要使命就是观测“火星运河”。截至1916年他去世时，罗威尔总共记录下了700多条“火星运河”。要知道那时候人们刚刚耗费巨资成功开掘了巴拿马运河，这是一项高科技的超大型工程。天文学家的这些“发现”极大地丰富了当时人们对火星人的想象。在人们的想象中，火星人精通数学、擅长发明，掌握了比人类更高超的技术。于是，关于火星人入侵地球的科幻小说或科幻影片风靡一时。

随着天文学的发展和航天时代的到来，火星上存在高等生命和运河的说法销声匿迹了。但人们探测火星生命的热情从未消减，火星依旧是除地球以外的其他太阳系行星中表面存在生命的最后希望，吸引着人们不断发射探测器，进行在轨或登陆探测。

火星迎来探测时代

人类进入太空时代，便迫不及待地开始对火星进行探测。最先到达火星，并成功开展探测的是美国发射的“水手4号”探测器。1965年7月14日，“水手4号”在火星表面9800千米的上空掠过，向地球发回了21张照片。它发回的数据表明，火星的大气密度远比此前人们认为的稀薄。1971年11月14日，“水手9号”到达火星，成为有史以来第一枚成功进入环绕火星轨道的探测器。它在火星轨道上工作了将近一年之久，发回了覆盖火星表面超过80%面积的7329张照片，同时还对火星的2颗卫星进行了探测，取得了空前的成功。

1976年6月20日和9月3日，美国的“海盗1号”和“海盗2号”着陆器分别在火星黄金平原西坡和乌托邦平原成功着陆，成为首个成功登陆火星的卫星。1997年7月4日，美国“火星探路者号”探测器在火星表面着陆，它携带的“索杰纳号”火星车，是人类送往火星的第一部火星车。

进入21世纪，人类对火星的探测更加频繁，美国、欧洲、俄罗斯、印度等国家或地区先后成功向火星发射了不同的轨道探测器、着陆器和火星车，探测研究的目标和内容更加广泛、全面和深入，人们对火星的认识也达到了前所未有的高度。

人类开展火星探测任务主要有两大科学目标：一是寻找火星生命;二是研究火星的形成与演化历史。

在寻找火星生命方面，主要聚焦在寻找水，尤其是液态水，以及有机物及其他生命活动迹象。目前，人们已经找到了火星次表层存在水冰的证据，并得到了可能的水冰分布情况;发现了风化盐类矿物和含水硫酸盐矿物等，表明火星曾经可能有水存在;发现火星表面广泛存在的类似河道的地貌特征，可反演出火星古海洋和古水系的水体运动过程;发现了火星南极高原冰盖深处的湖泊，表明火星表层深处可能存在更多稳定的液态水，拥有适合微生物等生命体生存的条件;发现火星上有古老的有机分子和季节性变化的甲烷。不过，科学家们迄今还未找到火星上存在过生命的直接证据。

在研究火星的形成与演化方面，人们也积累了大量关于火星大气和外围空间环境，以及火山、峡谷、岩石、土壤等火星表面地理特征的探测数据，并开展了对火星磁层、电离层、大气层，以及火星地形和物质组成演化过程等的研究。

值得一提的是，人类迄今在地球上共找到了200多块火星陨石。通过对这些火星陨石样品进行研究，帮助人们了解了火星形成演化的历史，也有助于人们寻找火星生命。例如，人们在一块南极找到的火星陨石（ALH84001）中发现了大量疑似细菌形状的“化石”，并在陨石破裂表面发现了磁铁矿、黄铁矿颗粒及大量多环芳烃（PAHs）等可能与火星生命相关的线索。很多研究者都相信，火星在古代有着适合生命存在的合适条件，相信生命可能在火星上诞生并繁衍过。这些都值得未来科学家们去深入探索。

人类之所以对探测火星抱有极大热情还在于它是地球的近邻。火星和地球这2颗45亿年前在相仿的条件下形成的行星，有极为相似的特征。但是它们经历了截然不同的演进路径，因而对火星进行探测和研究对于认识我们居住的地球环境，特别是认识地球的长期演化过程，对推演人类未来命运都是十分重要的。

大约每26个月，会有一次火星冲日，届时地球与火星之间的距离大大缩短，这一时间点是实施火星探测的绝佳窗口期。最近一次的火星探测器“发射窗口”将在2020年7月。

2019年10月11日，中国航天科技集团首次公开了中国火星探测器的照片。11月14日，我国火星探测任务公布。我国首次火星探测任务计划于2020年7月择机实施，并计划在2021年之前让“火星一号”（暂定名）火星探测器降落在火星，目标是通过一次发射任务，实现火星环绕和着陆巡视，开展火星全球性综合探测，并对火星表面重点地区进行精细巡视勘查。

让我们期待我国火星探测任务能够圆满完成，并期待此次任务会有大量发现和惊喜。火星终将从古人畏惧的“荧惑”变成人类揭开宇宙奥秘的“圣地”！

火星探測器找准两星交会的切点----会合点进入火星轨道