火星の天文学

火星から見た天文現象の多くは、地球から見たものと同じか似ていますが、いくつか（たとえば、夕方/明けの明星としての地球の眺め）はまったく異なります。たとえば、火星の大気にはオゾン層がないため、火星の表面から 紫外線を観測することも可能です。

火星の地軸の傾きは 25.19° で、地球の 23.44° に非常に近いため、火星にも地球と同じように春、夏、秋、冬の季節があります。地球と同様に、南半球と北半球では夏と冬が反対の時期に訪れます。

しかし、火星の軌道は地球よりも離心率が大きいため、季節の長さは地球よりも不均一になります。

実際には、これは北半球と南半球で夏と冬の長さと強さが異なることを意味します。北半球の冬は暖かくて短いです (火星は近日点付近を高速で移動しているため)。一方、南半球の冬は長くて寒いです (火星は遠日点付近をゆっくり移動しているため)。同様に、北半球の夏は長くて涼しいですが、南半球の夏は短くて暑いです。そのため、南半球では気温の極端な差は北半球よりもかなり大きくなります。

火星の季節の遅れは、緩衝効果をもたらす大きな水域や同様の要因がないため、2～3日程度である^{[1] 。したがって、火星の気温は、「春」は「夏」とほぼ対称で、「秋」は「冬」とほぼ対称である（夏至と}春分をそれぞれの季節の始まりと定義した場合）。また、火星が円軌道であれば、最高気温と最低気温は、地球のように約1か月後ではなく、夏至と冬至の2～3日後に発生する。春の気温と夏の気温の唯一の違いは、火星の軌道の離心率が比較的高いためである。北半球の春には、火星は北半球の夏よりも太陽から遠く離れているため、偶然にも、春は夏よりわずかに涼しく、秋は冬よりわずかに暖かくなる。しかし、南半球ではその逆である。

春と夏の間の気温の変化は、火星の 1 ソル (太陽日) 内に発生する非常に急激な変化よりもはるかに小さいです。毎日、気温は現地の太陽正午に最高値に達し、現地の真夜中に最低値に達します。これは地球の砂漠での影響と似ていますが、はるかに顕著です。

地球（および火星）の軸の傾きと離心率は決して固定されておらず、太陽系の他の惑星からの重力摂動により、数万年から数十万年のタイムスケールで変化します。したがって、たとえば地球の離心率は、現在約 1% ですが、定期的に変動し、最大 6% まで増加することがあります。

離心率とは別に、地球の軸の傾きも 21.5° から 24.5° まで変化し、この「黄道傾斜周期」の長さは 41,000 年です。これらおよび他の同様の周期的な変化が氷河期の原因であると考えられています (ミランコビッチ サイクルを参照)。対照的に、火星の黄道傾斜周期ははるかに極端で、124,000 年周期で 15° から 35° です。最近のいくつかの研究では、数千万年の間に、この変動は 0° から 60° にもなる可能性があるとさえ示唆されています。^[2]地球の大きな月は、地球の軸の傾きを適切な範囲内に保つ上で重要な役割を果たしているようです。火星にはそのような安定化の影響はなく、その軸の傾きはより無秩序に変化します。

日中の空の通常の色合いは、ピンクがかった赤から黄褐色の「バタースコッチ」色までさまざまですが、沈む太陽や昇る太陽の近くでは青になります。これは地球の状況とはまったく逆です。^[3]火星では、レイリー散乱の影響は通常非常に小さいです。空の色は、塵の粒子に体積比で 1% の磁鉄鉱が含まれていることによって引き起こされると考えられています。火星の大気には塵が大量に含まれているため、薄明は太陽が沈んでから昇るまで長時間続きます。火星の空は、雲の中の非常に小さな水氷粒子による光の散乱により、時々すみれ色になります。^[4]

火星の表面の正確な真の色画像を生成することは驚くほど複雑です。^[5]公開された画像で再現された空の色には大きなばらつきがあります。しかし、それらの画像の多くは、科学的価値を最大化するためにフィルターを使用しており、真の色を見せようとはしていません。^{[引用が必要]}それにもかかわらず、長年、火星の空は現在考えられているよりもピンクがかっていると考えられていました。^{[引用が必要]}

火星から見ると、地球は金星（「明けの明星」または「宵の明星」）のような内惑星です。地球と月は肉眼では星のように見えますが、望遠鏡で観察すると、細部が見える三日月として見えます。

キュリオシティが火星の表面から撮影した地球と月の初画像（2014年1月31日）。 ^[7]

火星の観測者は地球の周りを回る月を見ることができるでしょう。これは肉眼で簡単に見ることができます。対照的に、地球上の観測者は他の惑星の衛星を肉眼で見ることができず、望遠鏡が発明されて間もなく、最初のそのような衛星（木星のガリレオ衛星）が発見されました。

最大角分離では、地球と月は二重惑星として容易に区別できるが、約 1 週間後には 1 つの光点に融合し (肉眼で)、さらにその 1 週間後には、月は反対側で最大角分離に達する。地球と月の最大角分離は、地球と火星の相対距離によって大きく異なる。地球が火星に最も近い (近点合)ときは約 25′ であるが、地球が火星から最も遠い (近点合)ときは約 3.5′ に過ぎない。比較すると、地球から見た月の見かけの直径は 31′ である。

最小の角度分離は 1 分未満で、時折、月が地球の前を通過したり、地球の後ろを通過したり (掩蔽されたり) するのを見ることができます。前者の場合は、地球から見た火星の月食に相当し、月のアルベドは地球のアルベドよりかなり低いため、全体的な明るさの低下が発生しますが、月のサイズは地球よりはるかに小さく、地球の円盤のごく一部を覆うだけなので、これは普通の肉眼観測者には気づかないほど小さいでしょう。

マーズ・グローバル・サーベイヤーは、2003年5月8日13:00 UTCに、太陽からの最大角離角に非常に近く、火星から0.930 AUの距離で地球と月を撮影しました。見かけの等級は-2.5と+0.9でした。^[8]実際の等級は、距離と地球と月の位相によって、異なる時期に大幅に異なります。

火星の観測者にとって、月の見え方は地球の観測者と比べて、一日ごとに大きく変わります。火星から見た月の満ち欠けは、日々あまり変わりません。地球の満ち欠けと一致し、地球と月が太陽の周りを公転するにつれて徐々に変化します。一方、火星の観測者は、月が公転周期と同じ周期で自転するのを観測し、地球からは決して見えない裏側の特徴を見ることになります。

地球は内惑星なので、火星の観測者は時折、地球が太陽を横切る様子を見ることができます。次回は 2084 年に起こります。また、水星や金星の太陽面通過も観測できます。

フォボスの衛星は、地球から見た満月の角直径の約 3 分の 1 のように見えます。一方、デイモスは、円盤がほとんど見えない、またはまったく見えない、星のような外観をしています。フォボスは、非常に速く公転するため (周期は 1 ソルの 3 分の 1 未満)、西から昇って東に沈み、1 ソルあたり 2 回この動作を繰り返します。一方、デイモスは、東から昇って西に沈みますが、公転速度は火星のソルよりわずか数時間遅いだけなので、一度に地平線上にある時間は 2 ソル半ほどです。

フォボスの「満月」の最大輝度はおよそ−9または−10等級であるのに対し、デイモスの場合はおよそ−5等級である。^[9]比較すると、地球から見た満月は−12.7等級とかなり明るい。フォボスはまだ影を落とすほど明るいが、デイモスは地球から見た金星よりわずかに明るいだけである。地球の月と同様に、フォボスとデイモスはどちらも満月以外の時にはかなり暗くなる。地球の月とは異なり、フォボスの位相と角直径は時間ごとに目に見えて変化するが、デイモスは小さすぎてその位相は肉眼では見えない。

フォボスとデイモスはどちらも低傾斜の赤道軌道を持ち、火星にかなり近い軌道を回っています。そのため、フォボスは北緯 70.4 度以北または南緯 70.4 度以南の緯度からは見えません。デイモスは北緯 82.7 度以北または南緯 82.7 度以南の緯度からは見えません。高緯度 (70.4 度未満) にいる観測者にとっては、フォボスから遠いため、フォボスの角直径が著しく小さく見えるでしょう。同様に、フォボスの赤道観測者にとっては、フォボスが頭上にあるときと比べて、フォボスが昇るときと沈むときの角直径が著しく小さく見えるでしょう。

火星の観測者は、太陽を横切るフォボスの太陽面通過と、太陽を横切るデイモスの太陽面通過を観察することができます。フォボスの太陽面通過は、フォボスの角直径が太陽の角直径の半分までであるため、フォボスによる太陽の部分日食とも呼ばれます。ただし、デイモスの場合は、太陽の円盤上に小さな点として現れるため、「太陽面通過」という用語が適切です。

フォボスは低傾斜の赤道軌道を周回するため、火星の表面に投影されるフォボスの影の位置の緯度には季節的な変動があり、極北から極南、そしてまた極南へと循環します。火星のどの固定された地理的位置でも、火星の 1 年につき 2 回、影がその緯度を通過する間隔があり、その間隔ごとに数週間にわたって、その地理的位置でフォボスの通過が約 6 回観測されます。状況はダイモスでも同様ですが、そのような間隔中に通過が 0 回または 1 回しか発生しません。

春分と秋分の日に赤道を横切るときを除いて、影は常に「冬半球」に落ちることは容易にわかります。したがって、フォボスとデイモスの通過は、北半球と南半球の火星の秋と冬に発生します。赤道に近い場合は、秋分と春分の前後に発生する傾向があり、赤道から遠い場合は、冬至に近い時期に発生する傾向があります。いずれの場合も、通過が発生する可能性のある 2 つの間隔は、冬至の前後で多かれ少なかれ対称的に発生します (ただし、火星の軌道の大きな離心率により、真の対称性は妨げられます)。

火星の観測者は、フォボスとダイモスの月食も観察できます。フォボスは火星の影の中に約 1 時間いますが、ダイモスの場合は約 2 時間です。驚くべきことに、フォボスの軌道は火星の赤道面とほぼ一致しており、火星に非常に近い距離にあるにもかかわらず、月食を免れることもあります。

フォボスとデイモスはともに同期自転をしており、これは火星表面の観測者からは見えない「裏側」があることを意味する。フォボスの軌道の傾斜角と離心率は低いにもかかわらず、地球の月と同様にフォボスでも秤動現象が発生する。 ^{[10] [11]} 秤動の影響とフォボスの近距離による視差により、高緯度と低緯度で観測し、フォボスが昇ったり沈んだりする様子を観測すると、火星表面のさまざまな場所からいつでも見えるフォボスの表面全体の覆い率は50%よりかなり高くなる。

大きなスティックニークレーターはフォボスの表面の端に沿って見えます。火星の表面からは肉眼で簡単に見ることができます。^[要出典]

火星の大気は可視光線の波長では比較的透明であるため（地球と同様だが、はるかに薄い）、時折流星が見られる。地球の流星群は、地球が彗星の軌道と交差するときに発生する。同様に、火星にも流星群があるが、これは地球のものと異なる。

火星で撮影された最初の流星（2004年3月7日、スピリット探査車によって撮影）は、現在では、 114P/ワイズマン・スキフ彗星を母天体とする流星群の一部であったと考えられています。放射点がケフェウス座にあったため、この流星群は火星ケフェイド流星群と呼ばれることもあります。^[12]

地球と同様に、流星が実際に表面に衝突するほどの大きさになると（大気圏で完全に燃え尽きることなく）、隕石になります。火星で発見された最初の隕石（そして地球以外の場所で発見された3番目の隕石）はヒートシールドロックです。最初と2番目の隕石はアポロ計画によって月で発見されました。^{[13] [14]}

2014年10月19日、サイディングスプリング彗星が火星に非常に接近し、そのコマが火星を覆い尽くした可能性がある。^{[15] [16] [17] [18] [19] [20]}

サイディングスプリング彗星と火星の接近
（合成画像；ハッブルST；2014年10月19日）。

オーロラは火星でも発生するが、地球のように両極では発生しない。火星には惑星規模の磁場がないからだ。むしろ、火星の地殻の磁気異常の近くで発生する。これは火星に磁場があった昔の名残である。火星のオーロラは太陽系の他の場所では見られない独特の種類である。^[21]火星のオーロラは主に紫外線現象であるため、人間の目には見えないと思われる。^[22]

火星の軸の向きは、北天の極が白鳥座の赤経 21^時10^分42^秒 、赤緯+52° 53.0′ (より正確には 317.67669 +52.88378) にあり、6 等星の BD +52 2880 (HR 8106、HD 201834、または SAO 33185 とも呼ばれる) の近くに位置しています。BD +52 2880 は、赤経21^時10^分15.6^秒、赤緯 +53° 33′ 48″ にあります。

北十字星の一番上の二つの星、サドルとデネブは、火星の北天の極を指しています。^{[23]この極はデネブと}ケフェウス座α星のほぼ中間にあり、デネブから10°未満で、サドルとデネブの見かけの距離より少し離れています。極に近いため、デネブは火星の北半球のほぼ全域で沈むことはありません。赤道に近い地域を除いて、デネブは北極の周りを常に回っています。デネブとサドルの向きは、恒星時を知るための便利な時計の針になるでしょう。

火星の北天極も銀河面からわずか数度しか離れていません。そのため、天の川、特に白鳥座の領域に豊富に存在する天の川は、北半球から常に見ることができます。

南天の極は、9^時10^分42^秒、-52° 53.0′ にあり、これは 2.5 等星のカッパ・ベロルム( 9^時22^分06.85秒^、 -55° 00.6′)から数度離れているため、南極星と見なすことができます。全天で 2 番目に明るい星であるカノープスは、ほとんどの南の緯度では周極星です。

火星の黄道の星座は地球のものとほぼ同じです。結局のところ、2つの黄道面の相互傾斜はわずか1.85°です。しかし、火星では、太陽はくじら座で6日間過ごし、その間に魚座を出て再び入るため、合計14の黄道星座になります。春分と夏至も異なります。北半球では、春分はへびつかい座（地球の魚座と比較）、夏至は水瓶座と魚座の境界、秋分は牡牛座、冬至は乙女座にあります。

地球と同様に、歳差運動により、何千年、何万年にもわたって黄道十二星座で至点と分点が循環します。

地球と同様に、歳差運動の影響により北極と南極は非常に大きな円を描いて動きますが、火星ではその周期は地球の26,000年ではなく、火星年95,500年（地球年179,600年）^[24]です。

地球と同様に、歳差運動には2番目の形式があります。火星の軌道の近日点がゆっくりと変化するため、異常年が恒星年と異なります。ただし、火星では、この周期は地球の112,000年ではなく、火星の43,000年（地球の81,000年）です。

地球と火星の両方において、これら 2 つの歳差運動は反対方向であるため加算され、地球では赤道年と異常年の間の歳差運動周期は21,000 年、火星では 29,700 火星年 (55,900 地球年) になります。

地球と同様に、火星の自転周期（一日の長さ）は遅くなっています。しかし、この影響は地球よりも3桁小さくなります。これは、フォボスの重力の影響が無視でき、主に太陽による影響だからです。 ^[25]地球では、月の重力の影響の方がはるかに大きいです。最終的には、遠い将来、地球の一日の長さは火星の一日の長さに等しくなり、さらにそれを超えるでしょう。

地球と同様に、火星でもミランコビッチ サイクルが発生し、長期間にわたって軸の傾き(黄道傾斜) と軌道の離心率が変動し、気候に長期的な影響を及ぼします。火星の軸の傾きの変動は地球よりもはるかに大きいですが、これは火星には地球の月のような大きな衛星による安定化の影響がないためです。火星の黄道傾斜の周期は 124,000 年ですが、地球の黄道傾斜の周期は 41,000 年です。

• 火星のアナレマ
• 火星時間
• NASA - Mars24 Sunclock - 火星の時間