很多人都知道，火星有两颗卫星，分别为火卫一（Phobos）与火卫二（Deimos）。最近，一项新研究提出：火星卫星并非一次性形成后就不再变化，而是在环与卫星状态之间循环转变。这次，我们就介绍这个有趣的模型，以及此前就已被提出的相关模型。
太阳系中以环而驰名的星球是土星，木星、天王星与海王星也有环，这四个行星都是太阳系中的气态巨行星。太阳系中另外四个大行星（水星、金星、地球、火星）都是固态行星，它们都没有环。不过，如果有人告诉你火星以前也有环，你可能会大吃一惊；如果有人告诉你火星的环在过去几十亿年多次变为卫星又变为环，现在的卫星——火卫一（Phobos）与火卫二（Deimos）——在将来还会变为环，你会更加惊奇。
火星的两个卫星都很小，且形状不规则。火卫一的平均半径只有11.3千米，质量是月球的1000万分之一。火卫一的轨道半径（精确说，是半长轴）为9376千米，是火星半径的2.76倍。火卫二更小，其与三环内的北京城差不多大。平均半径只有6.2千米，质量仅为火卫一的七分之一。火卫二的轨道半径为23463千米，是火星半径的6.92倍。
对火星这两颗卫星的起源，此前人们长期以来争论不休，有人认为这两颗卫星是与火星同时形成的；有人认为它们是火星俘获来的；有人认为是一颗较大的天体撞击火星之后，散落到太空中的残骸逐渐凝聚而成的。但前两个模型都无法解释火星卫星系统的特征，最后一个模型虽然更加合理，但无法给出撞击后形成卫星的细节。
2016年6月，比利时皇家天文台（Royal Observatory of Belgium）的Rosenblatt等人在《自然·地学》（Nature Geoscience）发表了一篇论文，他们用数值模拟给出了撞击后形成卫星的过程。
根据这个新的数值模拟，在火星形成后1亿年到8亿年之间，一个大小为火星三分之一的行星撞击了火星。
大撞击发生后，产生的一部分碎片被反弹到空中，形成环绕火星的环，其物质分布很广，直到火星赤道上空很远的范围内。根据环中物质与火星的距离，新形成的环分为内环、外环两大部分，内环更靠近火星，外环离火星相对远一些。内环物质的密度比较大，很快形成一个大的卫星，其质量是今天的火卫一质量的1000倍大；在这个新形成的大卫星的引力作用下，外环区域内的物质逐渐凝聚为大约十个小卫星。
几百万年后，内环形成的大卫星落向火星，外环中形成的大部分小卫星也落向火星，只剩下两颗小卫星，这两个幸存者就是火卫一与火卫二。由于火卫一与火卫二是在低密度的外环中形成的，所以它们的密度比火星密度低。
在Rosenblatt等人的模型中，火卫一与火卫二在形成后就基本不再变化，保持至今。
在Rosenblatt等人的论文发表后不久，普渡大学西拉法叶分校（Purdue University，West Lafayette）物理与天文系的Hesselbrock与地球、大气、行星科学系的Minton进行了新的数值模拟，论文于2017年3月20日发表于《自然·地学》。
Hesselbrock与Minton的新模拟表明，大撞击之后形成的并不是持续存在到现在的火卫一，而是火卫一的远祖（“前身”），这个“火卫一的远祖”在此后在环状态与卫星状态之间多次循环转变，直到变为现在的火卫一。
Hesselbrock与Minton的新模拟表明，这个“环-卫星-环……”的循环过程在过去43亿年出现了三到七次，每次都有大量环物质落到火星赤道附近，接着形成的卫星都比之前小得多。经过这么多次的“环-卫星-环……”循环转变之后，才形成现在看到的火卫一，它比他的“远祖”可小得多了。
火卫一的轨道半径变化到一定大小时，就会与火卫二轨道发生共振，这种共振会改变火卫二轨道，但基本上不会对火卫一轨道产生影响。由于火卫一正在不断靠近火星，因此可以预期，在未来的某个时刻，它将进入火星的洛希极限，然后要么被撕裂，要么继续靠近火星，直到撞上火星。
2015年，加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）地球与行星科学系的博士后Black与研究生Mittal根据数值模拟，得出结论：火卫一在2000万年到4000万年后将被部分撕裂，其松散部分成为一个环，其质量与现在的土星环差不多，其相对结实的部分将继续靠近火星，直到最后撞击火星。论文发表于《自然·地学》。
对于未来火卫一会变成环这个预言，上面提到的Hesselbrock与Minton的新论文也得到了类似的结论，但环形成的时间略有不同：他们认为这件事发生的时间在7000万年以后。
现在我们来总结一下以上几个工作的主要结论与独到之处：第一，火卫一之前是环物质，这在之前已被指出并被仔细研究过，但现在又有了进一步的发展，Rosenblatt等人首次给出了环形成的具体过程。
第二，Hesselbrock与Minton的新研究首次提出：火卫一在形成之后到现在，经历了“环-卫星-环……”的多次循环，而非之前人们认为的那样一成不变。第三，火卫一在几千万年后还会变为火星环，那时候的地球人会看到壮观的火星环。不久的将来，人类发射的火星车会对火星赤道堆积物展开研究。这些研究将检验这些新研究是否正确。让我们拭目以待吧！