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火星天文学这篇文章是介绍从火星这颗行星察看天空所看见的资讯和影像。在许多情况下，这些现象与地球所见的相同或是类似，但是有时会相当的不同，好比观看地球是晨星或昏星。例如，因为火星的大气层没有臭氧层，这使得在火星表面有可能从事紫外线的观察。
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也另请参阅：外星的天空：火星。
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火星有着25.19°的轨道倾角，与地球 23.44°非常接近，因此火星也像地球一样有春天、夏天、秋天、和冬天。如同地球，南半球和北半球是相对的，当一个半球是夏天时，另一半球则是冬天。 然而，火星轨道的离心率比地球大且明显，因此每个季节在长度上的差异也比地球更大：
| 季节 | 太阳日 (在火星) |
日 (在地球) |
|---|---|---|
| 北半球的春天，南半球的秋天： | 193.30 | 92.764 |
| 北半球的夏天，南半球的冬天： | 178.64 | 93.647 |
| 北半球的秋天，南半球的春天： | 142.70 | 89.836 |
| 北半球的冬天，南半球的夏天： | 153.95 | 88.997 |
在实际上，这意味着在北半球和南半球这两个半球的冬天与夏天有着不同的长度和强度。北半球的冬天是温暖和较短的 (因为火星接近近日点，移动的比较快)，而在南半球的冬天较长且较冷 (火星在远日点，移动得较慢)。同样的，在北半球的夏天较长且较凉爽，而南半球的夏天较短且较热。因此，在南半球的温度极端比北半球要来得宽广。
| 火星轨道 从2002起 |
北半球 春分 |
北半球 夏至 |
北半球 秋分 |
北半球 冬至 |
|---|---|---|---|---|
| 0: | 2002-04-18 | 2002-11-02 | 2003-05-06 | 2003-09-29 |
| 1: | 2004-03-05 | 2004-09-21 | 2005-03-23 | 2005-08-16 |
| 2: | 2006-01-22 | 2006-08-08 | 2007-02-08 | 2007-07-04 |
| 3: | 2007-12-10 | 2008-06-25 | 2008-12-25 | 2009-05-21 |
| 日期是由NASA的火星24小时的时钟获得的，网址为http://www.giss.nasa.gov/tools/mars24/ （页面存档备份，存于互联网档案馆） | ||||
火星上的季节延迟不会超过两天[1]，这是因为缺乏大量的水和其他因素所能提供的缓冲效应。因此，在火星上的温度，春天大约是夏天的镜像，秋天大约是冬天的镜像，而如果火星的轨道是圆形的，最高温和最低温将出现在夏天和冬天的至点之后两天左右，而不会像地球这样延迟到一个月之后。造成春天和夏天的温度差异的唯一因素是火星轨道的离心率较高：在北半球，春天时火星与太阳的距离比夏天时远，因此春天的温度会比夏天低，而秋天的温度会比冬天温暖。但是，在南半球却正好相反。
当然，在春天和夏天之间的温度变化都远低于单一火星日 (太阳日) 的变化。每天，温度的峰值出现在当地太阳日的正午，并且在午夜达到最低。这与地球的沙漠类似，并且更为明显。
值得注意的是火星 (或地球) 的转轴倾斜和离心率不是固定不变的，但是更确切的说，由于来自太阳系其他行星引力的摄动，而以数万年或数十万年的时间刻度变动着。好比，以地球常规的离心率1%为例，可以增加到6%，在未来的某一个距离点上，与季节牵连在一起的历法也会有不同长度的广泛影响 (与它在一起的还有气候的变迁)。
除了离心率，地球的转轴倾角也会以41,000年的"倾角循环周期"在21.5°至24.5°间改变。这和其他类似的变化周期被认为是造成冰河期的原因 (参见米兰科维奇循环)。相较之下，火星的倾角循环周期更为极端：在124,000年的循环中，在15°至35°变化著。新近的一些研究甚致认为在超过数千万年的期间，会在0°至60°之间摆动[2]。地球巨大的卫星显然起了很大的作用，使转轴倾角保持在合理的范围内；火星没有这种稳定的因素，因此它的转轴倾角显得更为浑沌。
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笼罩着火星日出和日落的天空颜色是带着粉红色的红色，但是在邻近太阳出没的地方是蓝色的。这是与地球完全不同的情境。然而，在白天的天空是黄棕的"果香"颜色[3]。在火星，瑞利散射的影响通常非小。据信天空的颜色是由只占尘埃体积中1%的磁铁矿 粒子造成的。在太阳沉没之后和升起之前持续许久的曙暮光，是因为火星大气中所有的尘埃。有时，火星的天空呈现紫色，是因为云中很小的水冰粒子散色阳光造成的[4]。
生成准确真实色彩的影像，火星表面颜色的复杂令人惊讶[5]。在发布的影像中，火星天空的颜色有非常大的变化；不过，在经过滤镜最大化的处理后，许多有科学价值的影像都不会呈现真实的颜色。无论如何，多年以来，火星上天空的颜色被认为比现在有着更多的粉红色。
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从火星上看，地球是和金星一样的一颗内行星 (是一颗"晨星"或"昏星")。以裸眼看地球和月球与恒星相似，但是用望远镜可以看见眉月形和一些表面的细节。
火星上的观测者仅凭裸眼很容易就可以看见月球环绕着地球在运转。相较之下，地球上的观测者却不能以裸眼看见任何一颗其他行星的卫星，直到望远镜发明之后不久，才发现其他行星的卫星 (第一批被发现的是木星的伽利略卫星)。
在角距离最大时，很容易分辨出地球和月球是一对双星，但是大约一星期之后它们会合并成一个光点 (以裸眼观看)，而大约再过一个星期，月球又会在相对的另一侧分离到最大的角距离。月球和地球分离的最大角度也和地球和火星的距离相关：在地球最接近火星时 (接近内合) 大约有17'，而当距离最远时 (接近外合) 就只有3.5'。做为比较，从地球看月球的视直径是31'。
最小的分离角度会小于1'；偶尔月球也会凌或从地球后面经过 (被地球掩蔽)。前一种情况相对的会从地球看见月掩火星，并且因为月球的反照率远比地球低，整体的亮度将会出现降低的现象，但因为月球比地球小很多，遮盖不掉太多的地球盘面，所以裸眼可能看不出这种光度上的变化。
火星全球探勘者号在2003年5月8日13:00UTC，非常接近与太阳最大的离日度，而与火星的距离是0.930AU时，拍摄了一张照片，地球、月球的视星等分别是-2.5和+0.9 [6]。在不同时间的确实亮度，会受到火星的距离还有地球与月球的相位影响。
日复一日，在火星上的观测者看见的月球会和地球上的观测者所见的非常不一样。在火星上的观测者看见的月相每天的变化并不大，它会与地球的相位一致，并且只会随着月球和地球在环绕太阳轨道上的位置改变而逐渐的变化。另一方面，在火星上的观测者会看见月球的自转与它的公转有着一样的周期，并且可以看见从地球上永远看不见的月球背面。
由于地球是一颗内行星，火星上的观测者会偶尔会看见地球经过太阳前方，这个现象下次将在2084年发生。当然，在火星上也可以看见金星凌日和水星凌日。
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从火星上看火卫一的视直径大约是地球上看到月球满月视直径的三分之一；另一方面，火卫二看起来只像是一颗星点，而几乎完全无法看出大小。火卫一快速的公转使他从火星的西边升起，而从东边落下；另一方面火卫二则是东升西没，但是轨道周期只比火星日少几个小时，所以间隔2.5天才会出没一次。
火卫一在满月时的最大亮度大约是-9或-10等，而火卫二大约是-5等[7]。相较之下，地球上月球满月时的亮度-12.7等。火卫一的亮度足以形成阴影，而火卫二只比从地球上看见最大亮度的金星稍微亮一些。当然，就像地球的月球一样，在非满月时的亮度会比较暗一些。不同于地球的月球，火卫一的相位和角直径的变化是每个小时都不一样的；火卫二则因为太小，以致裸眼看不出这些变化。
无论是火卫一或火卫二的轨道相对于火星赤道的倾角都很小，并且很接近火星。结果是在南北半球纬度高于70.4°的地区就看不见火卫一，纬度高于82.7°就看不见火卫二。在高纬度 (低于70.4°) 看见的火卫一，因为距离更遥远，角直径明显的比较小。同样的，在赤道上的观测者看见火卫一升起和下沉时的角直径，在与头顶上的比较时也会比较小。
在火星上的观测者可以看见火卫一和火卫二从太阳前方越过。因为火卫一的视直径大于太阳是直径的一半，因此火卫一凌日也可以称为火卫一日食的日偏食。但是火卫二的情况称微火卫二凌是适当的，因为相对于太阳盘面，它只是一个小点。
由于火卫一的轨道对赤道只有很小的倾角，因此火卫一的阴影投影在火星纬度上有着季节性的变化，循环性的从最北到最南再返回。在火星上某一个固定的地理位置，在一个火星年中有两个时段火卫一的影子会扫掠过这个选定的纬度，并且每个间隔中该地有几个星期的时间大约可以看见半打左右的火卫一凌日。火卫二的情况也类似，只是在一个间隔中完全看不见或只能看见一次的凌日。
除了在通过春分点和秋分点横越赤道的时间之外，很容易就能观察到卫星的阴影总是落在"冬半球"。因此火卫一和火卫二的凌日都发生在南半球和北半球的秋季和冬季。当春分和秋分前后，凌的发生靠近赤道附近；越靠近冬至，凌的发生纬度离赤道越远。在任何一种情况下，冬至之前和冬至之后的凌日或多或少是对称的 (不过，火星轨道较大的离心率阻碍了真正的对称)。
火星卫星的快速运动，使利用它们创造天文导航成为可能。特别是，它们在群星之间的位置可以做为全球精确时间的基础，结合由观测太阳得到地方时的知识，可以用来测量观测者所在地的经度。在地球，这是历史上所知用来测量经度的月角距法，但是因为月球的移动缓慢得多，因此不是非常的实用，因此被约翰·哈里森发明的足够精确的天文钟取代。在地球上的月角距法，因为月球庞大的质量和遥远的距离，事实上是个三体问题，远远超过早期天文计算可以达到的精确度，并发了确定它的轨道成为一个错综复杂的问题。
在火星上的观测者也可以观察到火卫一和火卫二的月食。火卫一大约有一小时在火星的阴影内，火卫二则大约是两小时。出人意料的是，尽管它们的轨道非常接近火星的赤道，并且距离也很接近火星，火卫一偶尔也会逸出在阴影之外。
火卫一和火卫二都是同步自转的卫星，这意味着在火星上的观测者看不见它门的背面 (远侧)。尽管火卫一的轨道是低倾角和低离心率，火卫一仍如同地球的月球一样有着天秤动[8][9]。 由于火卫一的距离非常接近火星的表面和天秤动与视差的效应，在火星的低纬度和高纬度的观测者，或是观测火卫一出与没的位置时，可以看见的火卫一总表面是远超过50%的。
在火卫一正面的边缘可以看见有个巨大的斯蒂克尼陨石坑。它从火星表面以裸眼可以很容易的看见。
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由于火星有着相对于可见光是透明的大气层 (与地球相似，但非常稀薄)，因此偶尔也会看见流星。在地球，流星雨出现在彗星轨道与地球交会的时时候；同样的，尽管轨道交会的彗星与地球不同，火星也会有流星雨。
火星上的第一张流星照片已经被拍摄到了 (2004年3月7日被精神号拍到)，并且相信是由母彗星114P/怀斯曼-史基福彗星引起的流星雨的一部分。因为辐射点是在仙王座，这个流星雨可能被称为火星的”仙王座流星雨”。
如同在地球一样，当一颗流星体够大时，就有可能撞击到表面成为陨石 (没有在大气层中完全燃烧掉)。在火星上发现的第一颗陨石 (已知在地球之外任何地方的第三颗陨石) 是隔热罩岩。第一颗和第二颗是阿波罗登月计划在月球上发现的。
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火星也有极光，但因为火星没有函盖全球的磁场，因此不会像地球总是出现在极区。相反的，它们会出现在火星地壳磁场异常地区的附近，这是火星早期磁场的残余。火星极光很独特，与太阳系中其他地区看见的都不同[10]。它们也可能出现在人眼看不见的区域，很大的部分都分布在紫外线的范围[11]。
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火星自转轴目前的指向，天球北极在天鹅座内，R.A.21h 10m 42s，Decl.+52° 53.0′(或更精确些，317.67669 +52.88378)，靠近视星等6等的BD+52 2880 (也称为HR 8106、HD 201834、或SAO 33185)，它的位置是R.A.21h 10m 15.6sDecl.+53° 33′ 48″。
在北十字顶端的两颗星，天津一 (天鹅座γ) 和天津四 (天鹅座α) 可以指示出火星的天球北极点。[1] （页面存档备份，存于互联网档案馆）极点大约在天津四和天钩五 (仙王座α) 的半途，与前者的距离少于10度。由于天津四邻近北极点，因此在火星的北半球，除了靠近赤道的地区，几乎永远绕着北极点而不会没入地平线下。天津四和天鹅座γ的指向 像是个有用的时针，告诉我们恒星时。
火星的天球北级距离银河平面只有几度，因此银河，特别是富裕的天鹅座区域，终年可见。
火星的天球南极对应于9h 10m 42s和-52° 53.0′，与2.5等的天社五 (船帆座κ，位于9h 22m 06.85s-55° 00.6′) 几乎结合在一起，因此可以被视为南极星。全天第二亮的老人星 (船底座α)，在南半球大部分的纬度上，除了靠近赤道地区，都是拱极星。
在火星黄道上的黄道星座与地球几乎是相同的，毕竟这两个平面之间的倾斜角度只有1.85度；但是火星经过鲸鱼座的时间只有6天，就离开并且重新进入双鱼座。分点和至点也不一样：对北半球，春分点在蛇夫座，夏至点在宝瓶座和双鱼座的边界，秋分点在金牛座，冬至点在室女座。
如同地球一样，岁差会造成分点和至点在黄道星座上以数千年和万年的的周期循环。
如同地球一样，进动的影响导致天球北极和南球在一个非常大的圆圈上移动，但是火星的岁差周期是171,000地球年[12]，不同于而地球的26,000年。
如同地球一样，还有另一种进动：火星轨道近日点的缓慢移动，造成近点年和恒星年的差异。但是，在火星上，这个周期是43,000年，而不是地球上的112,000年。
在地球和火星上，这两种进动的都是在相对的方向上，使地球上回归年和近点年的岁差周期是21,000年，而在火星上是27,000年。
如同地球一样，火星的自转 (一天的长度) 逐渐减缓。但是，这种效应比地球小了3个数量级。因为弗伯斯的引力效应可以忽略不计，影响主要来自太阳[13]。在地球，月球的引力有着很大的影响。最终，在遥远的未来，地球上的一天将与火星相同，然后就会超过火星一天的长度。
如同地球，火星经历过米兰科维奇循环，这是转轴倾角和轨道离心率的在非常长期间内的变化，对长期气候造成的影响。因为没有巨大的卫星，火星自转轴的倾角变化比地球大许多，火星的倾角变化周期是124,000年，相较之下地球只有41,000年。
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