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火星,我們來(lái)了
2020-07-27 07:34:27 來(lái)源: 人民日?qǐng)?bào)
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  “天問(wèn)一號(hào)”踏上征程

  火星,我們來(lái)了

  7月23日,我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)踏上征程,中國(guó)人離探索火星的夢(mèng)想更進(jìn)一步。

  早在2300多年前,詩(shī)人屈原就用一首長(zhǎng)詩(shī)《天問(wèn)》,發(fā)出了對(duì)宇宙洪荒、天地自然的疑問(wèn)?!叭赵掳矊伲苛行前碴??”盡管現(xiàn)代天文學(xué)已經(jīng)可以非常精確地回答這一問(wèn)題——太陽(yáng)系的引力維系著八大行星繞其公轉(zhuǎn),然而關(guān)于生命、人類、太陽(yáng)系乃至宇宙的起源,還有太多的未解之謎。

  這也是中國(guó)行星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)”的名字來(lái)源,“天問(wèn)一號(hào)”任務(wù)的目的地瞄準(zhǔn)火星,它的成功發(fā)射拉開(kāi)了向更遙遠(yuǎn)的宇宙深處探尋的序幕。

  火星和地球的諸多相似,引發(fā)著人類對(duì)地外生命的熱烈猜想

  作為太陽(yáng)系里與地球最為相似且距離較近的行星,從古至今,人們都對(duì)這顆星球有著無(wú)限遐想。

  從地球上仰望星空,火星仿佛是夜空里的一簇火光。它的運(yùn)行軌跡復(fù)雜多變,看起來(lái)忽明忽暗、忽大忽小,令觀者迷惑,因此火星最早被賦予的中文名字叫“熒惑”。其中“熒”代指火星表面發(fā)射的紅光;“惑”則出于古人對(duì)火星運(yùn)行缺乏規(guī)律而感到的困惑。

  火星為什么看起來(lái)是紅色的?中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員鄭永春說(shuō),這是因?yàn)榛鹦潜砻嬗屑t色的赤鐵礦,呈現(xiàn)出橘紅色。另一個(gè)原因則是沙塵暴造成的。火星上風(fēng)力很大,會(huì)引發(fā)猛烈的沙塵暴,一來(lái)就幾乎席卷整個(gè)星球表面,持續(xù)多月不停,還充斥著扶搖直上的龍卷風(fēng)。當(dāng)揚(yáng)起的沙塵覆蓋火星,遮住了原本灰褐色的沙粒和石塊,就造成了“紅色星球”的錯(cuò)覺(jué)。

  地球是太陽(yáng)系的第三顆行星,火星則位于地球的外側(cè),是太陽(yáng)系的第四顆行星。因?yàn)樽匀画h(huán)境與地球相似,火星又被稱作地球的“姊妹星”。實(shí)際上,地球要比火星大得多。地球半徑是6378公里,火星半徑僅為3398公里,大致是地球的一半,體積則是地球的1/7?;鹦堑谋砻娣e,與地球的陸地面積差不多。

  假如站在火星表面,會(huì)發(fā)現(xiàn)這里的地形地貌與地球非常相似。事實(shí)上,作為類地行星,火星同樣具備核、幔、殼等內(nèi)部構(gòu)造。人們習(xí)慣用“荒漠行星”來(lái)形容它的形狀,這里分布著高原、平原、峽谷和火山。其中高于1萬(wàn)米的大山就有好幾座,最高峰奧林匹斯山高達(dá)2萬(wàn)米左右,是珠穆朗瑪峰高度的2倍多。還有一個(gè)水手大峽谷,長(zhǎng)度相當(dāng)于橫貫中國(guó)東西部。

  火星上也有四季更替。只不過(guò),如果用地球日來(lái)?yè)Q算的話,火星上一年大約有23個(gè)月。這是因?yàn)榈厍颦h(huán)繞太陽(yáng)一周需要約365天,火星繞太陽(yáng)一周則為687天。鄭永春說(shuō),如果在火星上過(guò)日子的話,每天的晝夜長(zhǎng)短跟地球上差不多,火星的一天是24小時(shí)39分35秒,比地球長(zhǎng)了近40分鐘。

  “東西方在古代一直賦予金星很多美好的想象,但實(shí)際上,金星的表面非常灼熱,溫度高達(dá)465—485攝氏度。反而是曾長(zhǎng)期被認(rèn)為‘災(zāi)難’、不吉的火星,隨著科學(xué)認(rèn)知的加深,逐漸發(fā)現(xiàn)它與地球有太多相似之處?!编嵱来赫f(shuō)。

  像地球一樣,火星也有大氣,可惜密度僅為地球的1%,約相當(dāng)于地球上33千米高處的大氣密度,極為稀薄,成分以二氧化碳為主。對(duì)于喜歡看云的人來(lái)說(shuō),到火星上恐怕會(huì)失望。鄭永春說(shuō),火星的天空大多數(shù)萬(wàn)里無(wú)云,偶爾會(huì)有云層出現(xiàn),但是顏色偏白、厚度較薄,像我們熟悉的地球卷云。

  火星表面的重力約為地球表面的0.38,沒(méi)有全球性的磁場(chǎng),磁場(chǎng)強(qiáng)度只有地球的1%。

  事實(shí)上,人們對(duì)這顆紅色星球格外青睞的重要原因,是在這里發(fā)現(xiàn)了有水存在的明確證據(jù)。有水,就代表著生命存在的可能。根據(jù)航天器的探測(cè)結(jié)果,清晰可知火星擁有海岸線和湖泊的遺跡、干涸的河道、沖積扇等流水地貌,這些都表明火星在歷史上曾經(jīng)有大規(guī)模的液態(tài)水。目前,盡管沒(méi)有探測(cè)器發(fā)現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的液態(tài)水,但在火星地下已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了鹽度極高的鹵水。2018年,有科學(xué)家宣布在火星南極冰蓋下發(fā)現(xiàn)了鹽水湖存在的證據(jù)。

  正是由于火星與地球的諸多相似之處,火星一直是人類心中的“熱門(mén)星球”,引發(fā)著人類對(duì)地外生命的熱烈猜想。

  “世界各國(guó)的行星探測(cè)大致聚焦于這幾個(gè)問(wèn)題:太陽(yáng)系的起源與演化,生命的起源與演化,地外生命信息的探尋等。這也是行星探測(cè)試圖回答的問(wèn)題,即我們從哪里來(lái),又將到哪里去。通過(guò)行星探測(cè),人們?cè)噲D找到人類、太陽(yáng)系乃至宇宙的起源與演化的奧秘。生命的出現(xiàn)是必然還是偶然?我們能否在其他的星球尤其是跟地球類似的火星上,尋找到生命起源的證據(jù)?這些都是科學(xué)界非常關(guān)注的重大問(wèn)題?!眹?guó)家航天局探月與航天工程中心深空部部長(zhǎng)耿言說(shuō)。

  火星,到底是地球的過(guò)去,還是地球的未來(lái)?這在科學(xué)界尚無(wú)定論,但毫無(wú)疑問(wèn),對(duì)火星的持續(xù)研究將加深人類對(duì)地球生命起源和演化的理解。

  火星探測(cè)迄今為止可分為三個(gè)階段,幾乎貫穿整個(gè)人類航天史

  對(duì)火星了解越深入,人們對(duì)它就越感興趣。火星的“火熱”,可以從統(tǒng)計(jì)數(shù)字上充分感受到。在行星探測(cè)史上,火星屬于歷史最久、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的探測(cè)目標(biāo),是除地球以外人類研究程度最高的行星。

  從20世紀(jì)60年代人類首次開(kāi)展火星探測(cè)開(kāi)始,截至今年6月底,人類已進(jìn)行40多次火星探測(cè)活動(dòng)。

  專家介紹,火星探測(cè)大約分為3個(gè)階段,幾乎貫穿整個(gè)人類航天史。

  第一階段是早期的飛越探測(cè),時(shí)間跨度為1960—1970年。這一階段國(guó)際深空探測(cè)剛剛起步,相關(guān)國(guó)家主要以火星飛越探測(cè)、傳送火星圖片與探測(cè)大氣參數(shù)為主,但探測(cè)任務(wù)成功率并不高,僅有一例成功完成任務(wù)。

  第二階段是初步了解火星表面,時(shí)間跨度為1970—1990年。上世紀(jì)70年代初期,美蘇重新展開(kāi)火星探測(cè)活動(dòng),以軌道環(huán)繞與著陸探測(cè)為主,主要任務(wù)包括傳輸圖像、探測(cè)大氣、磁場(chǎng)、地表溫度等。此后,兩國(guó)對(duì)于深空探測(cè)的投入減小。

  第三階段則是探尋火星生命跡象,從1990年至今。迅猛發(fā)展的科學(xué)技術(shù)催生了火星探測(cè)的新熱潮。多個(gè)國(guó)家加入探測(cè)行列,成功率也大幅增長(zhǎng)?;鹦翘綔y(cè)活動(dòng)的探測(cè)方式主要為著陸和巡視探測(cè),主要目標(biāo)是尋找火星水存在的證據(jù)和生命跡象。其間發(fā)射過(guò)“火星快車”“勇氣號(hào)”“機(jī)遇號(hào)”和“好奇號(hào)”等多顆探測(cè)器,成功找到了火星水存在的證據(jù)。

  專家介紹,通過(guò)3個(gè)階段的積累,人類對(duì)火星的探測(cè)主要分為以下4種方式:

  飛越。探測(cè)器能夠在火星附近快速掠過(guò),用極短的時(shí)間抓住一切可能記錄的有用數(shù)據(jù)。這是早期開(kāi)展火星探測(cè)的主要形式,當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平還難以讓探測(cè)器制動(dòng)減速留在環(huán)繞火星軌道。

  環(huán)繞。探測(cè)器依靠自身動(dòng)力制動(dòng)進(jìn)入環(huán)繞火星的軌道,“變身”為火星的人造衛(wèi)星。

  著陸。著陸系統(tǒng)降落在火星表面。這個(gè)環(huán)節(jié)難度很大,需要著陸系統(tǒng)完全自主導(dǎo)航控制。

  巡視。通俗意義上講,火星車就是巡視器,它到處移動(dòng),邊走邊看,能在不同地點(diǎn)進(jìn)行多方面精細(xì)考察。

  在實(shí)現(xiàn)這些探測(cè)任務(wù)后,一些國(guó)家下一步的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)火星取樣返回。由探測(cè)器從火星上采集巖石和土壤,并帶回地球。

  在60多年的火星探測(cè)史中,涌現(xiàn)出不少里程碑式的任務(wù)。目前,仍在火星上鍥而不舍工作的,共有6個(gè)軌道器,以及美國(guó)發(fā)射于2011年的“好奇號(hào)”火星車和2018年發(fā)射的“洞察號(hào)”著陸器。

  火星探測(cè)成功率低,特殊的環(huán)境、遙遠(yuǎn)的距離帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)

  最近5500萬(wàn)公里、最遠(yuǎn)4億公里的距離,決定了火星探測(cè)并不輕松。截至2020年6月底,人類進(jìn)行的40多次火星探測(cè)任務(wù)中,完全成功的探測(cè)任務(wù)只有19次,成功率約43%。即使算上部分成功的,也僅僅只有23次,成功率約53%。

  中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)總設(shè)計(jì)師張榮橋表示,盡管人類在月球探測(cè)方面積累了一定經(jīng)驗(yàn),在火星面前仍是一個(gè)不折不扣的“新手”,全新的環(huán)境、全新的技術(shù),都帶來(lái)全新的考驗(yàn)。

  “火星是一個(gè)全新的環(huán)境,即使前期掌握了一些資料,但科學(xué)家的認(rèn)識(shí)可能還不夠深刻,需要反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)和推導(dǎo)?!编嵱来航榻B,以火星的地表環(huán)境為例,紅色沙礫中含有的氧化劑、氧化鐵、高氯酸鹽等成分,以及太陽(yáng)風(fēng)、紫外線、宇宙射線等,對(duì)航天器傷害很大。火星的大氣稀薄且存在很大的不確定性,這無(wú)疑給著陸火星增加了難度。

  火星光照特殊,也給探測(cè)器的能源供給出了難題。同樣面積下,火星接收太陽(yáng)光的能量只有月球表面的40%。探測(cè)器想要正常運(yùn)轉(zhuǎn),需要增加一些特殊設(shè)計(jì)。太陽(yáng)翼面積需要更大更靈活,大致相當(dāng)于放置月球上的太陽(yáng)翼的2—3倍,還要具備雙軸驅(qū)動(dòng)能力,時(shí)時(shí)刻刻追著太陽(yáng)走。

  火星和地球的遠(yuǎn)距離,還影響了無(wú)線電信號(hào)接收?!盎鹦蔷嚯x地球最遠(yuǎn)時(shí)有4億公里,從地面上向火星探測(cè)器發(fā)布一道指令,探測(cè)器要在23分鐘以后才能執(zhí)行,這種巨大的延時(shí)為測(cè)控帶來(lái)阻礙。只有采用更大口徑的天線、實(shí)現(xiàn)更大的發(fā)射功率,才能盡可能降低這種不便。”耿言說(shuō)。

  火星的重力不一樣,這種特殊的動(dòng)力特性給探測(cè)器的建造帶來(lái)挑戰(zhàn),對(duì)火星車體輪系的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、驅(qū)動(dòng)力都提出了新要求。

  對(duì)火星的好奇和向往,深深影響著人類對(duì)自然科學(xué)、人文科學(xué)等重大命題的思索

  挑選晴朗的一天,靜待太陽(yáng)下山,在萬(wàn)家燈火尚未點(diǎn)亮之際,選擇一處開(kāi)闊地,伴隨著徐徐晚風(fēng),點(diǎn)開(kāi)手機(jī)上的認(rèn)星軟件,對(duì)準(zhǔn)夜空,根據(jù)指引就能發(fā)現(xiàn)火星的位置。這是一個(gè)普通人用肉眼觀測(cè)火星的快捷方法。

  科幻小說(shuō)和電影中,火星絕對(duì)是大熱門(mén)元素?!霸诨鹦巧祥_(kāi)荒種土豆”“在火星建造地下基地”“將火星作為跳板躍至更深宇宙”,一部部壯闊震撼的作品散發(fā)著經(jīng)久不衰的魅力,不光展示著目前相對(duì)成熟或能夠預(yù)見(jiàn)的科學(xué)技術(shù),還勾勒出人類對(duì)火星的各式幻想,不斷加深著人們的好奇和向往。

  在北京CBD區(qū)域寸土寸金的商圈內(nèi),一家知名商場(chǎng)專門(mén)辟出一片科技味十足的火星展廳。紅色的沙礫土石上,白色的火星車揮舞著長(zhǎng)長(zhǎng)的機(jī)械臂,正在進(jìn)行采樣收集工作,不遠(yuǎn)處則是一片火星營(yíng)地。這里圍繞“數(shù)字、模擬、未來(lái)”為主題,向游客講述了“火星歷史”和“移民到火星”等故事。光怪陸離的星石、臆想的火星人造型、逼真的太空?qǐng)鼍埃囆g(shù)和科技交織融合,引領(lǐng)人們沉浸于“火星之旅”。專門(mén)來(lái)這里“打卡”的人們一邊拍照、一邊贊嘆:“火星真的是這樣子嗎?有一天我們真的能去火星嗎?這也太酷了吧!”

  類似兼具旅游和科普意味的“火星營(yíng)地”還有很多。鄭永春介紹,地球上有不少和火星地貌相像的地區(qū)。例如我國(guó)青海西北角、柴達(dá)木盆地腹地,依托俄博梁雅丹地貌,興建了冷湖火星研學(xué)營(yíng)地。在約旦西南部,有一座名為“月谷”的酒紅色山谷,曾是火星科幻電影的拍攝地?!耙恍┑貐^(qū)不僅僅是外觀與火星相似,它們荒漠的地貌特征,分布的河流、湖泊干涸的沉積物等,有助于開(kāi)展火星和地球的環(huán)境對(duì)比研究,根據(jù)對(duì)地球環(huán)境演變的認(rèn)識(shí)反推對(duì)火星的了解?!?/p>

  火星這顆荒漠行星,也是希望之星。無(wú)論從火星身上發(fā)掘出何種奧秘,人類都能從探測(cè)中獲得對(duì)自身命運(yùn)的啟示。倘若地球氣候巨變、生物受到嚴(yán)重威脅,人類將何去何從?火星是否會(huì)是人類最后的避難所?這些思考始終縈繞在人們心頭。

  專家認(rèn)為,現(xiàn)有開(kāi)展的一系列圍繞火星的活動(dòng),都在潛移默化地培養(yǎng)著公眾對(duì)火星的感情。這種對(duì)火星的好奇和向往,反過(guò)來(lái)深深影響著人類對(duì)自然科學(xué)、人文科學(xué)等重大命題的思索。(記者 馮 華 劉詩(shī)瑤)

【糾錯(cuò)】 責(zé)任編輯: 施歌
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