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我国首次挑战火星探测任务 神秘火星待“天问”

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无论是上世纪70年代“海盗1号”拍摄到的火星表面酷似人脸的照片,还是长久以来对于“火星人”存在与否的讨论,或是诸如《火星救援》里宇航员种土豆的科幻情节,于人类而言,火星,一直是颗神秘而充满探索诱惑的行星。根据计划,我国将在今年执行首次火星探测任务。即将到来的七八月间,“天问一号”火星探测器将踏上飞往火星之旅,计划通过一次任务,实现火星环绕和着陆巡视,开展火星全球性和综合性探测,并对火星表面重点地区精细巡视勘查。火星上还有多少秘密留待解开?登陆火星难在何处?未来,我们又能与火星续写多少传奇?记者专访了中国科学院国家天文台研究员郑永春博士和北京大学地球与空间科学学院教授焦维新,为大家讲述“邻居”火星的秘密。有多少谜团待解开从1964年“水手4号”火星探测器发射,1965年回传第一张火星表面照片开始,50多年时间里,人类已先后对火星执行了40多次探测任务。那么,我们还想对火星了解些什么?采访伊始,记者就对中国科学院国家天文台研究员郑永春博士提出了这个问题。郑博士说:“地形地貌和地质结构,表面物质成分,大气成分、温度、辐射等地表环境,以及内部结构等,是类地行星探测的主要方面。”事实上,在太阳系中,从距离太阳最近的水星到最远的海王星,多年探测间我们独独“偏爱”火星这个邻居。古语云,近水楼台先得月。火星距离地球的最近距离为5500万千米,最远距离达4亿公里,是太阳系中与地球最相似,且距离第二近的行星,因此它也成为目前除地球以外人类研究程度最高的行星。放眼太阳系八大行星,火星与我们赖以生存的地球确实颇有“兄弟相”。“和地球相同,火星也有‘春夏秋冬’。其地貌宏伟壮观,最高的‘奥林匹斯山’约两万多米,是珠穆朗玛峰高度的两倍多,最大的‘水手大峡谷’长达四千五百公里、宽六百公里,相当于北京到广州一个来回。”郑永春说,地球自转形成了我们日常所经历的昼夜,而火星自转一周则为24个小时39分35秒,因此火星上的一天比地球的一天长了40分钟。火星的直径相当于地球的一半,体积为地球的15%。9颗火星加起来才和地球质量一样。“剖”开火星内部,为火星做一下“体检”,我们还可以发现,火星也有着核、幔、壳的结构。火星上有没有过生命?火星上现在还有没有液态水?火星上曾经浓密的大气层为何会消失?围绕火星,众多谜团还有待深入研究挖掘。在这其中,最炙手可热的还在于火星上生命存在与否的话题。水是生命存在的基础条件之一。“在以往的火星探测中可以发现,火星上有海岸线、冲积扇、鹅卵石等;在对火星岩石的探测中,科学家还发现了被水浸泡形成的特殊矿物,这些都证明,这里曾出现过大规模的江河湖海。”郑永春说。2018年,科学家在火星南极冰盖下发现20公里宽的液态水体。这不仅让科学界为之一振,也让许多心怀火星梦的吃瓜群众大为兴奋。但专家表示,人类尚未在火星上探测到任何的生命信号,目前地球依然是唯一一个已知有生命的星球。可以想见,曾经的火星,可能也是一片泽被茂盛、生机蓬勃的天地;到底是何原因,让一个明明处于宜居带之内的、被人们寄予厚望、可能存在生命的星球,变成了一个死寂的荒漠呢?或许,正如英国天文学家布莱恩·考克斯教授所说,在这荒凉的尘土下,掩藏的,是往日的伤疤。火星的今天是地球的过去,还是地球的未来?众多谜团虽然正在一步步揭开,但不息的探索仍然为火星增添了一重重魅力十足的神秘感。木星并非“说走就走”的旅行中国的火星探测器将由新一代运载火箭中推力最大的长征五号执行发射任务。据介绍,由于火星距离地球较远,因此探测火星需要选择它与地球处于合适的相对位置的时机,而这样的机会每隔26个月才有一次。今年就是火星探测26个月一遇的“大年”。回顾人类数十年的火星探索,到目前为止,人类一共开展了44次探测任务,其中完全成功的18次;对于难度更大的着陆探测,则一共实施了19次,完全成功和部分成功的只有9次,成功率不到一半。这些数据表明,到达火星、特别是着陆火星的难度还是很大的。从发射到被火星的引力捕获,进入火星环绕轨道,再到穿过大气层,着陆在火星表面,其中每一步都须经过精准计算,失之毫厘便足以功亏一篑。由于通信延时很长,控制探测器飞行的数据都要提前注入。而且在探测器切入火星轨道过程中,如果切入点离火星过远,则不能被火星的引力捕获,探测器就会在太阳系中“迷失”;如果切入点离火星太近,则可能坠毁于火星大气层。有专家曾对之作过形象的比喻:探测器进入火星轨道的难度,相当于从巴黎打一个高尔夫球要正好落到东京的某个球洞里一样。而着陆前的“黑色7分钟”更是常常被人提及,即探测器从火星上空穿越大气层着陆的过程。北京大学地球与空间科学学院教授焦维新告诉记者,探测器进入火星大气的时速约为21000千米,但要在7分钟内,让其速度在受控状态下降为零,实现在火星上的安全着陆,仍是火星探测任务中技术难度最大、失败率最高的关键因素。“探测器先从运行轨道自由下落,与大气层发生剧烈摩擦,其外表面瞬间变成一个大火球;在经历大气层的严酷‘考验’后,探测器打开降落伞缓缓降落,并在气囊包或着陆缓冲支架的保护下,安全降落在火星表面。”焦维新说,当探测器进入火星大气层后,其防热措施、降落伞、气囊和缓冲火箭等能否按程序工作,都是着陆成功与否的关键,必须非常精确,不容任何闪失。着陆巡视器软着陆后将释放火星车,在火星表面进行巡视探测。据了解,中国的火星车将停留90个火星日,开展巡视探测等多项任务。值得一提的是,火星探测器并不是在火星表面随随便便“停车”的。选一个“好位置”着陆,对于后续探测工作安全、顺利地开展至关重要。在地球上,汽车驾驶员在平坦的地面上停车显然要比把车停在斜坡上更为容易,因为既不用担心汽车溜坡,也不用在起步时实施相对复杂的坡起流程。对于火星车来说,在相对平坦的地形上着陆同样是风险更小、成功率更高的选择。同时,长时间在火星工作的探测器要借助太阳能电池来产生电力。同时,用来导航和检测障碍的光敏感器也需要较好的光照条件。而火星的高纬地区无法获得充足的光照,因此火星探测器大都会选择在纬度小于30度的区域着陆。低纬度地区良好的光照条件也带来了比较温和的昼夜温差,不会像高纬度地区那样出现极端的昼夜温差和夜间低温,从而使探测器更容易维持自身的热平衡。未来有多少种可能如今,伴随着一代又一代人对火星的探索,火星上已有4台火星车。从仅篮球大小的一代火星车,到目前还在工作的小汽车大小的“好奇号”火星车,它们记录着我们探索火星的脚步,更见证着人类太空探索技术水平的进步。“火星车的变大,意味着车上能装载的仪器设备更多,我们对火星样本的检测也能更加精细准确。”焦维新说,由于目前火星探测器还无法实现取样返回,高精度仪器尚无法携带。未来,火星探测的返回技术也将是一大趋势,从而为后续更精准深入的研究打下坚实基础。浩渺宇宙,长河光阴,科学研究之外,火星是否会成为人类的第二家园?焦维新说,未来,随着探测经验的积累,以及火星基地的建立,诸如火星旅行计划,长期火星科考等,是有可能实现的。“地球与火星之间来回一趟就要十几个月,仅仅踏足几秒、捡几块石头就回来,并非远期目标。从投入和回报角度来看,未来在火星上建立大本营,以供阶段性驻留是很有必要的。不过,这应该起码得是半个世纪以后的事了。”焦维新说。“我觉得火星移民这件事并非全无可能,它不仅仅是科幻故事,而更可能是将会实现的一种科技现实。”郑永春说,火星移民在未来实现的过程中虽然存在着很大的技术难度,但这些技术并非完全不可能实现。如有人说火星的大气只有二氧化碳,但二氧化碳是可以分解变成氧气的。还有人说火星上辐射会更强,生命很难生存,但人类可以在火星上建掩体,用以屏蔽辐射等。在专家看来,从美国的SpaceX开启私营航天新时代以来,过去只在科幻电影与科幻小说中出现的太空旅游等情节,已不再那么遥不可及。随着民营企业在航天生产领域的加入,未来火箭发射成本的降低,地球与火星廉价航线的开通,还是很值得期待的。“在浙江,像吉利、蓝箭航天等企业,都在民营航天领域有着不错的实践。”郑永春说。于太阳系而言,八大行星之外,还有无数小行星和彗星;于银河系而言,太阳也只是一颗中等质量、中等亮度、中等能量、中等寿命的普通恒星;在银河系,像太阳这样的行星至少还有4000亿颗……诚然,与宇宙百亿年的漫长历史相比,人类文明仅数千年之久。往来今昔,诸多生命之于宇宙,正如沧海一粟般渺小。问古今,宇宙竟何如?生生不息的探索之下,是人类好奇心的开疆拓土,也是生命蓬勃向上的无尽力量。“火星不会比地球更美好,更适合人类生存。但人类必须要去探索,因为我们知道地球上的生命已经无数次被毁灭,无数次重新诞生。我们很难预料,未来会不会再碰到一些重大的灾难。积极的向外探索,无论是为了认知的不断拓展,还是人类文明的延续等,都是极有意义的一件事。”郑永春说。人类探索太阳系水星1974年“水手10号”探测器2011年“信使号”探测器2025年(预计)“贝比科隆博号”探测器金星1962年“水手2号”探测器1970年“金星7号”探测器(登陆)1990年“麦哲伦号”探测器火星1965年“水手4号”探测器(回传照片)1976年“海盗1号”探测器(登陆)、“海盗2号”探测器(登陆)2004年“勇气号”探测器(登陆)、“机遇号”探测器(登陆)2012年“好奇号”探测器(登陆)木星1973年“先锋10号”探测器1979年“旅行者1号”探测器1995年“伽利略号”探测器2016年“朱诺号”探测器土星1979年“先锋11号”探测器1980年“旅行者1号”探测器1981年“旅行者2号”探测器2004年“卡西尼-惠更斯号”探测器冥王星(2006年起被划为矮行星) 2015年“新视野号”探测器天王星 1986年“旅行者2号”探测器海王星 1989年“旅行者2号”探测器

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