江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

天问|“天问一号”踏上征程 火星，我们来了

_本文原题：火星 ， 我们来了（深度观察）


天问|“天问一号”踏上征程 火星，我们来了
文章图片

“天问一号”探测器示意图 。 国家航天局供图
天问|“天问一号”踏上征程 火星，我们来了
文章图片

天问|“天问一号”踏上征程 火星，我们来了
文章图片

“天问一号”探测器的火星车示意图 。 国家航天局供图
天问|“天问一号”踏上征程 火星，我们来了
文章图片

火星表面局部 。 资料图片
7月23日 ， 我国首次火星探测任务“天问一号”在中国文昌航天发射场踏上征程 ， 中国人离探索火星的梦想更进一步 。
早在2300多年前 ， 诗人屈原就用一首长诗《天问》 ， 发出了对宇宙洪荒、天地自然的疑问 。 “日月安属？列星安陈？”尽管现代天文学已经可以非常精确地回答这一问题——太阳系的引力维系着八大行星绕其公转 ， 然而关于生命、人类、太阳系乃至宇宙的起源 ， 还有太多的未解之谜 。
这也是中国行星探测任务“天问”的名字来源 ， “天问一号”任务的目的地瞄准火星 ， 它的成功发射拉开了向更遥远的宇宙深处探寻的序幕 。
火星和地球的诸多相似 ， 引发着人类对地外生命的热烈猜想
作为太阳系里与地球最为相似且距离较近的行星 ， 从古至今 ， 人们都对这颗星球有着无限遐想 。
从地球上仰望星空 ， 火星仿佛是夜空里的一簇火光 。 它的运行轨迹复杂多变 ， 看起来忽明忽暗、忽大忽小 ， 令观者迷惑 ， 因此火星最早被赋予的中文名字叫“荧惑” 。 其中“荧”代指火星表面发射的红光；“惑”则出于古人对火星运行缺乏规律而感到的困惑 。
火星为什么看起来是红色的？中国科学院国家天文台研究员郑永春说 ， 这是因为火星表面有红色的赤铁矿 ， 呈现出橘红色 。 另一个原因则是沙尘暴造成的 。 火星上风力很大 ， 会引发猛烈的沙尘暴 ， 一来就几乎席卷整个星球表面 ， 持续多月不停 ， 还充斥着扶摇直上的龙卷风 。 当扬起的沙尘覆盖火星 ， 遮住了原本灰褐色的沙粒和石块 ， 就造成了“红色星球”的错觉 。
地球是太阳系的第三颗行星 ， 火星则位于地球的外侧 ， 是太阳系的第四颗行星 。 因为自然环境与地球相似 ， 火星又被称作地球的“姊妹星” 。 实际上 ， 地球要比火星大得多 。 地球半径是6378公里 ， 火星半径仅为3398公里 ， 大致是地球的一半 ， 体积则是地球的1/7 。 火星的表面积 ， 与地球的陆地面积差不多 。
假如站在火星表面 ， 会发现这里的地形地貌与地球非常相似 。 事实上 ， 作为类地行星 ， 火星同样具备核、幔、壳等内部构造 。 人们习惯用“荒漠行星”来形容它的形状 ， 这里分布着高原、平原、峡谷和火山 。 其中高于1万米的大山就有好几座 ， 最高峰奥林匹斯山高达2万米左右 ， 是珠穆朗玛峰高度的2倍多 。 还有一个水手大峡谷 ， 长度相当于横贯中国东西部 。
火星上也有四季更替 。 只不过 ， 如果用地球日来换算的话 ， 火星上一年大约有23个月 。 这是因为地球环绕太阳一周需要约365天 ， 火星绕太阳一周则为687天 。 郑永春说 ， 如果在火星上过日子的话 ， 每天的昼夜长短跟地球上差不多 ， 火星的一天是24小时39分35秒 ， 比地球长了近40分钟 。
“东西方在古代一直赋予金星很多美好的想象 ， 但实际上 ， 金星的表面非常灼热 ， 温度高达465—485摄氏度 。 反而是曾长期被认为‘灾难’、不吉的火星 ， 随着科学认知的加深 ， 逐渐发现它与地球有太多相似之处 。 ”郑永春说 。
像地球一样 ， 火星也有大气 ， 可惜密度仅为地球的1% ， 约相当于地球上33千米高处的大气密度 ， 极为稀薄 ， 成分以二氧化碳为主 。 对于喜欢看云的人来说 ， 到火星上恐怕会失望 。 郑永春说 ， 火星的天空大多数万里无云 ， 偶尔会有云层出现 ， 但是颜色偏白、厚度较薄 ， 像我们熟悉的地球卷云 。
火星表面的重力约为地球表面的0.38 ， 没有全球性的磁场 ， 磁场强度只有地球的1% 。
事实上 ， 人们对这颗红色星球格外青睐的重要原因 ， 是在这里发现了有水存在的明确证据 。 有水 ， 就代表着生命存在的可能 。 根据航天器的探测结果 ， 清晰可知火星拥有海岸线和湖泊的遗迹、干涸的河道、冲积扇等流水地貌 ， 这些都表明火星在历史上曾经有大规模的液态水 。 目前 ， 尽管没有探测器发现肉眼可见的液态水 ， 但在火星地下已经发现了盐度极高的卤水 。 2018年 ， 有科学家宣布在火星南极冰盖下发现了盐水湖存在的证据 。
正是由于火星与地球的诸多相似之处 ， 火星一直是人类心中的“热门星球” ， 引发着人类对地外生命的热烈猜想 。
“世界各国的行星探测大致聚焦于这几个问题：太阳系的起源与演化 ， 生命的起源与演化 ， 地外生命信息的探寻等 。 这也是行星探测试图回答的问题 ， 即我们从哪里来 ， 又将到哪里去 。 通过行星探测 ， 人们试图找到人类、太阳系乃至宇宙的起源与演化的奥秘 。 生命的出现是必然还是偶然？我们能否在其他的星球尤其是跟地球类似的火星上 ， 寻找到生命起源的证据？这些都是科学界非常关注的重大问题 。 ”国家航天局探月与航天工程中心深空部部长耿言说 。
火星 ， 到底是地球的过去 ， 还是地球的未来？这在科学界尚无定论 ， 但毫无疑问 ， 对火星的持续研究将加深人类对地球生命起源和演化的理解 。
火星探测迄今为止可分为三个阶段 ， 几乎贯穿整个人类航天史
对火星了解越深入 ， 人们对它就越感兴趣 。 火星的“火热” ， 可以从统计数字上充分感受到 。 在行星探测史上 ， 火星属于历史最久、持续时间最长的探测目标 ， 是除地球以外人类研究程度最高的行星 。
从20世纪60年代人类首次开展火星探测开始 ， 截至今年6月底 ， 人类已进行40多次火星探测活动 。
专家介绍 ， 火星探测大约分为3个阶段 ， 几乎贯穿整个人类航天史 。
第一阶段是早期的飞越探测 ， 时间跨度为1960—1970年 。 这一阶段国际深空探测刚刚起步 ， 相关国家主要以火星飞越探测、传送火星图片与探测大气参数为主 ， 但探测任务成功率并不高 ， 仅有一例成功完成任务 。
第二阶段是初步了解火星表面 ， 时间跨度为1970—1990年 。 上世纪70年代初期 ， 美苏重新展开火星探测活动 ， 以轨道环绕与着陆探测为主 ， 主要任务包括传输图像、探测大气、磁场、地表温度等 。 此后 ， 两国对于深空探测的投入减小 。
第三阶段则是探寻火星生命迹象 ， 从1990年至今 。 迅猛发展的科学技术催生了火星探测的新热潮 。 多个国家加入探测行列 ， 成功率也大幅增长 。 火星探测活动的探测方式主要为着陆和巡视探测 ， 主要目标是寻找火星水存在的证据和生命迹象 。 其间发射过“火星快车”“勇气号”“机遇号”和“好奇号”等多颗探测器 ， 成功找到了火星水存在的证据 。
专家介绍 ， 通过3个阶段的积累 ， 人类对火星的探测主要分为以下4种方式：
飞越 。 探测器能够在火星附近快速掠过 ， 用极短的时间抓住一切可能记录的有用数据 。 这是早期开展火星探测的主要形式 ， 当时的技术水平还难以让探测器制动减速留在环绕火星轨道 。
环绕 。 探测器依靠自身动力制动进入环绕火星的轨道 ， “变身”为火星的人造卫星 。
着陆 。 着陆系统降落在火星表面 。 这个环节难度很大 ， 需要着陆系统完全自主导航控制 。
巡视 。 通俗意义上讲 ， 火星车就是巡视器 ， 它到处移动 ， 边走边看 ， 能在不同地点进行多方面精细考察 。
在实现这些探测任务后 ， 一些国家下一步的目标是实现火星取样返回 。 由探测器从火星上采集岩石和土壤 ， 并带回地球 。
在60多年的火星探测史中 ， 涌现出不少里程碑式的任务 。 目前 ， 仍在火星上锲而不舍工作的 ， 共有6个轨道器 ， 以及美国发射于2011年的“好奇号”火星车和2018年发射的“洞察号”着陆器 。
火星探测成功率低 ， 特殊的环境、遥远的距离带来巨大的挑战
最近5500万公里、最远4亿公里的距离 ， 决定了火星探测并不轻松 。 截至2020年6月底 ， 人类进行的40多次火星探测任务中 ， 完全成功的探测任务只有19次 ， 成功率约43% 。 即使算上部分成功的 ， 也仅仅只有23次 ， 成功率约53% 。
中国首次火星探测任务总设计师张荣桥表示 ， 尽管人类在月球探测方面积累了一定经验 ， 在火星面前仍是一个不折不扣的“新手” ， 全新的环境、全新的技术 ， 都带来全新的考验 。
“火星是一个全新的环境 ， 即使前期掌握了一些资料 ， 但科学家的认识可能还不够深刻 ， 需要反复进行试验和推导 。 ”郑永春介绍 ， 以火星的地表环境为例 ， 红色沙砾中含有的氧化剂、氧化铁、高氯酸盐等成分 ， 以及太阳风、紫外线、宇宙射线等 ， 对航天器伤害很大 。 火星的大气稀薄且存在很大的不确定性 ， 这无疑给着陆火星增加了难度 。
火星光照特殊 ， 也给探测器的能源供给出了难题 。 同样面积下 ， 火星接收太阳光的能量只有月球表面的40% 。 探测器想要正常运转 ， 需要增加一些特殊设计 。 太阳翼面积需要更大更灵活 ， 大致相当于放置月球上的太阳翼的2—3倍 ， 还要具备双轴驱动能力 ， 时时刻刻追着太阳走 。
火星和地球的远距离 ， 还影响了无线电信号接收 。 “火星距离地球最远时有4亿公里 ， 从地面上向火星探测器发布一道指令 ， 探测器要在23分钟以后才能执行 ， 这种巨大的延时为测控带来阻碍 。 只有采用更大口径的天线、实现更大的发射功率 ， 才能尽可能降低这种不便 。 ”耿言说 。
火星的重力不一样 ， 这种特殊的动力特性给探测器的建造带来挑战 ， 对火星车体轮系的结构强度、驱动力都提出了新要求 。
对火星的好奇和向往 ， 深深影响着人类对自然科学、人文科学等重大命题的思索
挑选晴朗的一天 ， 静待太阳下山 ， 在万家灯火尚未点亮之际 ， 选择一处开阔地 ， 伴随着徐徐晚风 ， 点开手机上的认星软件 ， 对准夜空 ， 根据指引就能发现火星的位置 。 这是一个普通人用肉眼观测火星的快捷方法 。
科幻小说和电影中 ， 火星绝对是大热门元素 。 “在火星上开荒种土豆”“在火星建造地下基地”“将火星作为跳板跃至更深宇宙” ， 一部部壮阔震撼的作品散发着经久不衰的魅力 ， 不光展示着目前相对成熟或能够预见的科学技术 ， 还勾勒出人类对火星的各式幻想 ， 不断加深着人们的好奇和向往 。
在北京CBD区域寸土寸金的商圈内 ， 一家知名商场专门辟出一片科技味十足的火星展厅 。 红色的沙砾土石上 ， 白色的火星车挥舞着长长的机械臂 ， 正在进行采样收集工作 ， 不远处则是一片火星营地 。 这里围绕“数字、模拟、未来”为主题 ， 向游客讲述了“火星历史”和“移民到火星”等故事 。 光怪陆离的星石、臆想的火星人造型、逼真的太空场景 ， 艺术和科技交织融合 ， 引领人们沉浸于“火星之旅” 。 专门来这里“打卡”的人们一边拍照、一边赞叹：“火星真的是这样子吗？有一天我们真的能去火星吗？这也太酷了吧！”
【天问|“天问一号”踏上征程 火星 ， 我们来了】类似兼具旅游和科普意味的“火星营地”还有很多 。 郑永春介绍 ， 地球上有不少和火星地貌相像的地区 。 例如我国青海西北角、柴达木盆地腹地 ， 依托俄博梁雅丹地貌 ， 兴建了冷湖火星研学营地 。 在约旦西南部 ， 有一座名为“月谷”的酒红色山谷 ， 曾是火星科幻电影的拍摄地 。 “一些地区不仅仅是外观与火星相似 ， 它们荒漠的地貌特征 ， 分布的河流、湖泊干涸的沉积物等 ， 有助于开展火星和地球的环境对比研究 ， 根据对地球环境演变的认识反推对火星的了解 。 ”
火星这颗荒漠行星 ， 也是希望之星 。 无论从火星身上发掘出何种奥秘 ， 人类都能从探测中获得对自身命运的启示 。 倘若地球气候巨变、生物受到严重威胁 ， 人类将何去何从？火星是否会是人类最后的避难所？这些思考始终萦绕在人们心头 。
专家认为 ， 现有开展的一系列围绕火星的活动 ， 都在潜移默化地培养着公众对火星的感情 。 这种对火星的好奇和向往 ， 反过来深深影响着人类对自然科学、人文科学等重大命题的思索 。


    推荐阅读


    上一篇：杭州交通918|购物后朋友圈“吐槽”商家，竟被索赔5万！法院判了

    下一篇：四川女大学生旅行散心失踪多日，曾称希望到藏区教书