“火卫一”变“火星环”如丑小鸭变白天鹅

火星最大的一颗卫星——福波斯（火卫一）正缓慢地落向火星，但它不会在和火星的撞击中“粉身碎骨”，极有可能在撞击发生前已“四分五裂”，火卫一分解的碎片会在火星周围聚集，形成一个圆环，好像在土星和木星，天王星和海王星的周围形成“美轮美奂”的一道光环。福波斯“未来之死”不能避免，一切生命体和非生命体都有终极的归宿，但死亡的方式各有不同，福波斯之死不是发生在当下，而是发生在未来的2千万到4千万年，未来出现的“火星环”大约有1百万到1亿年的存续期。加州大学伯克利分校的两位年轻地球科学家向人们展示了未来火星环的壮丽场景，未来的人类也许能欣赏“美丽魔法变”的火星环。

《自然》杂志地球科学栏目刊登了两位年轻科学家的研究成果，福波斯的向心力或内部凝聚力不足以抵抗强大的火星潮汐力，当福波斯靠近火星轨道时，两种力的拖拽作用失去平衡，福波斯最终被撕成碎片。好像地球卫星——月球从不同的方向“拖拽”地球上的物体，包括海洋和河流的涨潮和落潮，火星引力对福波斯不同部位物质施加的拖动力也不同，当福波斯“漫不经心”地靠近火星时，火星引力强大到撕裂它的程度。福波斯卫星的岩体结构加速了它的“四分五裂”过程，福波斯包含了大量孔隙和碎石，高度断裂化的地质构造使得肢解过程好像撕开一块格兰诺拉燕麦卷。杂七杂八的石料和碎渣四处散落，

从福波斯的地质构造中碎裂了不同尺寸的岩块和大量尘埃，它们继续停留在火星的轨道上，很快在火星周围聚集起来，形成一道巨型的火星环，大尺寸岩石块以螺旋转动的方式靠近火星，可能以切线角方向与火星发生碰撞，给火星表面留下蛋形的陨石坑。从福波斯脱落的主要碎片停留在火星的轨道，继续绕火星旋转数百万年，所有的碎片最终会跌落到火星表面，形成蔚为壮观的“火星雨”，看起来好像陨石雨一般，到了那时，唯有火星的卫星——得摩斯（火卫二）还停留在火星的轨道。太阳系的不同卫星为什么出现不同的命运？与太阳系的大多数其它卫星相比，福波斯为什么表现了非常不同的命运？加州大学伯克利分校地球与行星科学系的两位年轻科学家布莱克和米塔尔将这些疑问带入了他们的“发现之旅”。

布莱克解释说，月球的运动方向“背道而驰”，每年向背离地球的方向移动几厘米，而福波斯的运动方向“向心而动”，每年向靠近火星的方向移动几厘米，由于移动的方向的不同，月球和福波斯出现了截然不同的命运，福波斯命运的终结不可避免，或撞上火星后“葬身火海”，或空中解体后“条块分割”。布莱克和米塔尔将福波斯看成是理论检验的样板，以“案例研究”的方式开发了行星的卫星演变的全景图式，在卫星在向主行星缓慢移动的过程中，主行星和卫星将会产生怎样的作用。太阳系中海王星的最大卫星——特里同（海卫一）似乎与福波斯“同病相怜”，特里同正在缓慢地靠近它的主行星。

米塔尔解释说，福波斯“案例”与早期的太阳系背景有关，在早期的太阳系，更多卫星可能提前走上一条类似福波斯的“不归之路”，它们已消失在茫茫无际的太空，天文学家也许能让它们“重见天日”，早期太阳系的卫星也许像福波斯一样，先是解体了，然后形成“美丽魔法”的卫星环。一些天文学的研究表明，在行星的形成过程中，可能有大约20%到30%的行星捕获了“向心移动”的卫星，它们的命运像福波斯一样走向毁灭，曾经出现的“卫星环”已消失得无影无踪，天文学家努力寻找它们“似水年华”的痕迹。火星上有数千个椭圆形土坑，可能与一些“小卫星”的撞击有关，大块岩石块最终形成“卫星雨”，大小碎块以俯冲的角度撞向主行星的表面，留下了星罗棋布的“陨石坑”。

当行星潮汐引力克服了岩石的“内聚力”时，人们可以想象岩石体会发生解体的情形。为了计算福波斯“内聚力”的强度，布莱克和米塔尔以地球上相似断裂型的岩石为标本，其中包括地球上的陨石，标本岩石的密度和成分与福波斯十分相似。他们约束了福波斯岩石强度的范围，以10公里直径的斯蒂克尼陨石坑为模拟的参照物，这个陨石坑由一块岩石在撞击福波斯之后形成，而福波斯的卫星在这次撞击中没有瓦解。在确定了潮汐引力撕裂福波斯的时间和方式之后，布莱克和米塔尔建构了“火星环”的演变模型，以福波斯模型为基础，他们研究了其它行星环的演变过程。

如果福波斯在1.2倍火星半径的轨道上发生分解，或大约在火星表面以上680公里的高空上分解，那么由分解碎片形成的火星环会是一道窄环，它与土星的一个最大质量环的物质密度相匹配，模拟的“土星环”在时间进程中向外扩展，它将变得越来越宽，形成一道“宽带网”，几百万年后，火星环将会靠近火星大气层的顶层，火星环太靠近火星时会开始失去环的边缘物质，呈现“泪如雨下”的独特景观，好像“天女散花”一样，火星环的边缘物质纷纷降落到火星表面。如果福波斯在距离火星更远的轨道上发生分解，那么火星环能够存续1亿年，最终依然会像“雨点”一般降落到火星表面。

在地球上能否看到灰尘和碎块组成的火星环？现在还不知道其中的答案。灰尘和碎块很难反射太阳光线，但人们容易看见火星环中的冰块，但火星环也许能反射足够的太阳光线，人们从地球上看到的火星将略微提升了亮度，那时使用地球上的望远镜，人们也许能看到火星环在火星表面投射的阴影。看见和不能看见“火星环”的前提条件是未来的地球依然是人类的绿色家园，天文学家和天空爱好者使用望远镜、或登陆到火星，可以检验两位年轻科学家的理论预测。从现在到未来的几千万年，人们不知道那时的人类社会形态，但可以想象那时的人们在火星表面遥望星空时，看到的将是非常不同的景观。

（编译：2015-11-27）