火卫一凌日

當火衛一直接從太陽和火星之間穿過時，從火星上看，就會發生「火衛一凌日」現象。對火星上的觀察者來說，它會遮擋住大部分的太陽盤面。凌日期間，從火星上可看到火衛一像一隻巨大的黑色圓盤，在太陽表面快速移動。與此同時，火衛一的陰影（本影投射區）則在火星表面移動。

這一事件也可被認為是火衛一一次特別快速而偏心的日環食。

## 過境

火衛一從火星前過境的時間通常只持續 30 秒左右，因為該衛星的軌道周期極短，大約只有 7.6 小時。

由於火衛一軌道靠近火星且與它的赤道一致，火衛一凌日在火星一年中的大多數時間都發生在火星某些固定之處。火衛一的軌道傾角為 1.08 度，因此它投射在火星表面的陰影緯度呈現出季節性變化，在一個火星年中，從南緯 70.4 度移至北緯 70.4 度，然後再次返回。火衛一與火星如此之近，以至於在南緯 70.4 度以南或北緯 70.4 度以北地區都看不到它。在一年中的部分時間裡，它的影子完全離開了火星表面，投射在火星北面或南面。

在火星表面任何給定的地理位置，一個火星年中火衛一或火衛二的陰影在兩個時段中穿過其緯度。在每個這樣的時段內，該地理位置的觀測者可看到約六次火衛一凌日（相比之下，火衛二隻有零次或一次凌日）。火衛一的凌日發生在火星各半球的秋季和冬季；在赤道附近，它們發生在春分和秋分附近，而在離赤道較遠的地方，它們則發生在冬至附近。

在高緯度（但小於 70.4 度）的觀察者會看到火衛一的視直徑明顯更小，因為他們較火星赤道上的觀察者要遠得多。因此，對這些觀察者來說，火衛一的凌日將覆蓋更少的太陽盤面。由於火衛一的軌道離火星非常近，所以在北緯 70.4 度以北或南緯 70.4 度以南看不到它。在這樣的緯度上，觀察者顯然也都看不到凌日。

機遇號火星漫遊車分別於 2004 年 3 月 7 日、10 日和 12 日拍攝了火衛一的凌日照片，在照片下方的說明中，第一行顯示的是地球協調世界時，第二行顯示的則為火星當地太陽時。

下表中使用的是噴氣推進實驗室視界服務（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）生成的數據，與上述系列圖片報告的時間存在一些細小差異。這可能是由於氣推進實驗室視界使用的星曆數據不精確；此外，噴氣推進實驗室視界數據還給出了當地**真太陽時**(apparent solar time)，而上面報告的時間可能是某種類型的**平太陽時**(mean solar time)，（因此，其中的一些誤差可能相當於火星上的均時差）。

## 陰影照片

從軌道上看，可看到火衛一的偏食陰影在火星表面快速移動，火星全球探勘者號多次拍攝到火星表面的這種陰影。

### 海盜 1 號

20 世紀 70 年代，「海盜 1 號」著陸器和軌道器也拍攝到了陰影。著陸器探測到掠過它的火衛一偏食陰影，這只是檢測到環境光的略微變暗，但「海盜 1 號」著陸器相機並沒有拍攝到太陽圖像。陰影花了約 20 秒的時間越過著陸器，以大約 2 公里 / 秒的速度移動。「海盜 1 號」軌道器同時也拍攝到該陰影，這使得能夠在軌道器圖片中定位著陸器的位置。

### 1999 年 8 月 26 日的照片

隨著 1997 年火星全球探勘者號及其高解析度火星軌道相機的到來，拍攝到了更詳細的陰影圖像，其中一幅拍攝於 1999 年 8 月 26 日的照片，顯示了高解析度的陰影。該照片曾出現在 1999 年 11 月 1 日美國宇航局發布的新聞稿中。

通過查閱火星地圖，我們可看到陰影的中心位置約為北緯 10.9 度、西經 49.2 度。

我們還可以在 M04-03241（紅色）和 M04-03242（藍色）中查找原始圖像文件，它們是火星軌道器相機廣角圖像庫的一部分，位於盧娜沼區，M04 分段。「圖像開始時間」為協調世界時 03:26:13.01，「行集成時間」為 80.48 毫秒，「下行求和」係數為 4。由於陰影的中心距原始 10800 像素高的圖像底部 6400 像素（火星全球探勘者號環繞一條從南到北的太陽同步軌道），我們添加（6400×0.08048×4）=2060.3 秒 = 34 分 20.3 秒，得到世界時 04:00:33.3 的陰影中心。

陰影垂直高度為 50 像素，獲取 50 個垂直像素的圖像需要（50×0.08048×4）=16.1 秒，這是陰影模糊的原因，因為像素寬度約為 960 米，且陰影移動迅速。出於同樣的原因，陰影也被人為拉長；如果同時對整個陰影進行成像，它仍然會被拉長（太陽位於左側約 45 度角），但更接近圓形。

將經度 / 緯度 / 高度坐標值 - 310.8,10.9,0 輸入噴氣推進實驗室視界，我們可看到預測的凌日時間為協調世界時 04:00:36，所測陰影中心的精確經度和緯度完全在誤差範圍內。這是大約火星當地太陽時 14 時 41 分，太陽高度為地平線以上 46.5 度。噴氣推進實驗室視界還顯示，1999 年 8 月 26 日，地球和火星之間的距離為 9.6 光分。

### 其它圖像

還有數十張其他的陰影圖像，但解析度要低得多，1999 年 11 月 1 日的美國宇航局新聞稿中發布了三張這樣的照片。

美國宇航局新聞稿中列印在照片上的時間戳與陰影實際成像時間不符，而是代表垂直方向上更大原始圖像的「圖像開始時間」。火星全球探勘者號在太陽同步極地軌道上以 117.65 分鐘的軌道周期圍繞火星運行，從南極飛往北極，並持續將相機對準正下方。結果是拍攝了一種非常狹長的垂直條帶狀圖像，其中圖像頂部像素的成像時間將近比圖像底部的像素晚一小時。原則上，圖像解析度可高達 43200 像素，但「下行求和」用於合併相鄰行。例如，下行求和因子 27 會導致每 27 行合併為一行，從而產生僅 1600 像素解析度的圖像。因此，要確定火衛一陰影的實際成像時間，需要定位原始圖像並測量從圖像底部找到陰影的像素數，並將相應的偏移量添加到圖像開始時間。

例如，我們檢查了時間戳為 1999 年 9 月 1 日 20:13:05（世界時）的圖像，我們有原始圖像 M07-00166（紅色）和 M07-00167（藍色），這是火星軌道器相機全球地圖圖像庫 M07 分段的一部分，陰影大約位於北緯 14 度、西經 236 度處.。

在這種情況下，圖像開始時間為協調世界時 20:13:04.69，行集成時間為 80.48 毫秒，下行求和因子為 27。陰影約 8 像素高，中心距 1600 像素高的原始圖像底部 993 像素。我們加上（993×0.08048×27）=2157.75 秒 = 35 分 57.75 秒，得到陰影中心的時間為協調世界時 20:49:02.4。

將經度 / 緯度 / 高度坐標值 - 124,14,0 輸入噴氣推進室視界，得出凌日預測時間為 20:49，再次得到一致。1999 年 9 月 1 日，地球和火星之間的距離為 9.9 光分。

## 其它觀測

2019 年的火衛一凌日被檢測為洞察號著陸器太陽能電池板電流數據出現短暫下降。當時數據僅以 30 秒的間隔獲取，因此，此事件僅記錄為下降數個到數十個百分點的單樣本事件。

在 2020 年春季的凌日期間，洞察號上所有儀器均以全採樣率進行了記錄，並觀測到超靈敏地震儀發生略微傾斜，以及太陽輻射下降，表面溫度下降了 2k。地震儀的傾斜是由溫度下降引起的地面收縮所導致；除陰影外，地震儀周圍的熱屏蔽無處不在。

## 另請查看

* 火星天文學
* 火星衛星任務列表
* 火星日食
* 火衛二凌日
* 地球過境火星
* 水星過境火星

## 參考文獻

## 延伸閱讀

* J. Bell, M. Lemmon, M. Wolff, _Transits of Mars I and II_, IAU Circ., 8298, 2 (2004). ~~[1] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）~~ (TeX DVI file is at [2]).

## 外部連結

* YouTube 上的好奇號探測車觀測到火衛一過境火星
* 噴氣推進實驗室視界（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (非地球觀測點須使用遠程登陸接口)
* 「機遇號」圖片庫：第 42 個火星日 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (位於網頁頂部附近的小圖片顯示了 2004 年 3 月 7 日的凌日過境)。
* 「機遇號」圖片庫：第 45 個火星日 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (位於網頁中間的小圖片顯示了 2004 年 3 月 10 日的凌日過境)。
* 「機遇號」圖片庫：第 47 個火星日 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (位於網頁底部附近的小圖片顯示了 2004 年 3 月 12 日的凌日過境)。
* 2004 年 3 月 10 日過境的動畫 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）