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通往火星的远征-中国科普网

时间:2020-07-17 16:05:35 点击:

  核心提示: 7月14日,由中国空间技术研究院抓总研制的火星探测器运抵海南文昌发射场,正在开展相关准备工作。备受全球瞩目的我国首次火星探测任务“天问一号”即将开启。今年4月24日,中国行星探测任务...

  7月14日,由中国空间技术研究院抓总研制的火星探测器运抵海南文昌发射场,正在开展相关准备工作。备受全球瞩目的我国首次火星探测任务“天问一号”即将开启。今年4月24日,中国行星探测任务被命名为“天问(Tianwen)系列”,首次火星探测任务被命名为“天问一号”。随着每26个月才有一次的火星探测窗口期临近,一股“火星热”正在掀起,公众对星火相关科普知识的渴求骤增。图为7月1日,“火星叔叔”郑永春在北京开讲《从荧惑到天问:关于火星的科学、技术、历史与文化》公开课。                              视觉中国供图

  

  编者按 进入7月,伴随着人类26个月才有一次的火星探测窗口期临近,我国首次火星探测任务“天问一号”发射在即,中国即将开启火星及太阳系的空间探测和研究。由中国科学院院士欧阳自远领衔编撰的《火星科学概念》这一科学专著,首次系统地论述了火星的形成与演化、地形地貌、岩石与矿物、生命信息,以及火星探测的历程、发展趋势与展望等知识。征得上海科技教育出版社同意,本报截取部分内容编辑成文,以期为关注火星探测进展的广大读者打开一扇科学之门。

浩瀚苍穹中,悬挂着一颗暗红色的星辰,西方以古罗马神话中战神之名“马尔斯”(Mars)为其命名,古代中国人则称之为“荧惑”。在太阳系中,火星是地球轨道以外的第一颗行星,是地球的近邻,千百年来也一直是人类最为关注的星体之一。

  来自火星陨石的证据表明,火星曾经可能是原始的、类似于细菌类的微生物的栖息地。火星的地质特征等研究表明,火星表面曾存在过液态水。但现在的火星,由于其表面温度及极稀薄的火星大气,液态水无法在其表面保存下来,虽然液态水可能仍然存在于火星次表层。是什么引起火星气候变化?生命起源于火星甚至存在于火星上的必要条件是什么?目前火星次表层是否有微生物?这些谜一般的问题都驱使我们去探测火星。

  探寻火星是否存在生命

  探测火星的科学目标主要包括:探寻火星是否存在或曾经存在生命,为生命起源和探寻地外生命提供新的科学依据;探测火星表层或次表层水体存在的证据及其分布特征;探测与研究火星的演化以及与类地行星的比较研究,揭示太阳系各行星演化的共性和特性,为太阳系的起源与演化研究提供新的科学论据;探测火星可能有开发前景的有用资源;带动高新技术的发展;探讨在火星上创造适合人类生存的环境的可能性,为火星的长期改造与今后大量移民作准备。其中,探寻火星是否存在或曾经存在生命是近期最为突出的任务。

  火星探测是人类开展深空探测的核心内容,迄2016年12月为止人类已进行了45次火星探测活动。火星探测无论是探测方式、技术手段还是探测目标,都呈现出循序渐进、逐步提高的轨迹。探测方式上,从飞越火星、环绕火星发展到在火星上软着陆的着陆器就位探测或火星车巡视探测;探测的技术手段上,从单一用途探测器、多用途探测器发展到集火星轨道器、火星着陆器和火星车于一体的综合探测器;探测目标上,一方面从早期以政治目的为主体发展到目前完全是以科学研究为目标,另一方面,从探测近火星空间环境、火星大气、火星表面环境发展到在火星表面直接进行岩石、土壤的就位分析。

  火星探测取得5方面突破进展

  目前,美国、日本、欧洲空间局等国家或组织都已制定了各自长远的火星探测计划,每26个月将发射1—2个火星探测器,全方位地开展对火星生命、环境、大气、岩石、水及内部结构等的探测与深入研究。

  火星探测活动大大丰富了人类对火星的认识,特别是在以下5个方面取得了突破性进展:火星磁层与电离层的基本特征;火星大气成分及其结构特性;火星表面的地形地貌,特别是所获取的大量火星表面类似古河网体系和水流侵蚀痕迹的探测数据与图片,对今后探测与研究火星现今是否存在或曾经存在生命活动具有重要的意义;区域性的火星土壤、岩石成分与性质;火星内部结构的基本轮廓等。

  能不能再造一个地球

  目前全世界都在探讨一个问题——能不能再造一个地球,为人类建立第二个栖息地。在地球周围,火星是最适合改造的星球。火星堪称地球的“孪生姊妹”,与地球有许多相似之处。例如地球上的一天是23小时56分钟,火星是24小时37分钟,两者有几乎相同的昼夜;地球的轨道面和赤道面的夹角是23°27′,火星是25°19′,两者有几乎相同的季节变化;火星也有大气层,不过比较稀薄,是地球大气的1/160,成分以二氧化碳为主;火星的引力大小接近地球引力的40%;在所有行星中,火星的温度与地球最接近,最高温度20℃左右,平均温度为-50℃。这些相似性都表明,改造后的火星是人类向太空移民的最好候选者。为了在火星建造适合人类生存的环境,需要提高其表面温度、增加大气浓度、改变大气组分、建立火星表面生态环境等,要实现这些,并非遥遥无期。人类有望通过几个世纪的努力,将火星改造成一个拥有蔚蓝色天空、绿色平原、蓝色湖泊和生态环境友好的新世界,地球—火星将成为人类社会持续发展的姐妹共同体。

  向宇宙更深处迈进

  航天事业最能体现一个国家的国力水平和科技实力,在政治角逐中具有非同寻常的战略意义。最近10余年来,美国在航天方面每年的投入高达约300亿美元,这样的投入换来的是经济和政治上的双赢。冷战时期的“阿波罗载人登月计划”是最好的例证。“阿波罗载人登月计划”实现了6次载人登月,12名美国宇航员登陆月球,从月球采回381.7公斤月岩和月壤样品,催生了月球与行星科学的兴起,加快了人类对太阳系各层次天体的探测和穿越太阳系空间的探索。

  目前,中国已具备开展自主火星探测的能力,探测月球只是“热身运动”,最终目标是为探测火星作准备。月球是深空探测的门槛,要开展深空探测就一定要跨过这个门槛。月球距离地球3.8×105千米,而火星距离地球最近时也有约5.6×107千米,最远时则将近4×108千米,先打好基础,练好技术,才有能力去探测火星。中国在探月计划基础上已经在有计划地开展火星和太阳系探测研究,计划于2020年首次向火星发射轨道器和火星车,开展绕火星探测和火星车的巡视探测,实施火星的“天、地联合探测”。在初步了解火星生命活动、磁层、大气层、地形地貌、化学与矿物组成、全球性地下水的分布、内部结构与演化过程等信息之后,实现火星探测器着陆与采样返回。从国外航天发展历程和未来规划来看,火星是深空探测任务中最重要的对象,也是行星探测的开端。从地球上去探测月球,每个月有一次机会,而探测火星却要等上26个月才有一次机会,真的是时不我待。

  人类需要探索宇宙,需要探索未知。虽然火星探测等深空探测的发展是一项长期而艰巨的工程,不能一蹴而就,但通过不懈努力,中国深空探测科学与技术一定能取得新的突破,火星也必将是21世纪人类踏上的第一颗地外行星。


作者:佚名 来源:科普时报
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