“天問一號”踏上征程

　　火星，我們來了

　　7月23日,，我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”在中國文昌航天發(fā)射場踏上征程,，中國人離探索火星的夢想更進(jìn)一步,。

　　早在2300多年前，詩人屈原就用一首長詩《天問》,，發(fā)出了對宇宙洪荒,、天地自然的疑問?！叭赵掳矊?？列星安陳？”盡管現(xiàn)代天文學(xué)已經(jīng)可以非常精確地回答這一問題——太陽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、太陽系乃至宇宙的起源,，還有太多的未解之謎,。

　　這也是中國行星探測任務(wù)“天問”的名字來源，“天問一號”任務(wù)的目的地瞄準(zhǔn)火星,，它的成功發(fā)射拉開了向更遙遠(yuǎn)的宇宙深處探尋的序幕,。

　　火星和地球的諸多相似，引發(fā)著人類對地外生命的熱烈猜想

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

　　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”則出于古人對火星運(yùn)行缺乏規(guī)律而感到的困惑。

　　火星為什么看起來是紅色的,？中國科學(xué)院國家天文臺研究員鄭永春說,，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,，會引發(fā)猛烈的沙塵暴,，一來就幾乎席卷整個(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,。

　　地球是太陽系的第三顆行星,，火星則位于地球的外側(cè)，是太陽系的第四顆行星,。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1萬米的大山就有好幾座，最高峰奧林匹斯山高達(dá)2萬米左右,，是珠穆朗瑪峰高度的2倍多。還有一個(gè)水手大峽谷,，長度相當(dāng)于橫貫中國東西部,。

　　火星上也有四季更替。只不過,，如果用地球日來換算的話,，火星上一年大約有23個(gè)月。這是因?yàn)榈厍颦h(huán)繞太陽一周需要約365天,，火星繞太陽一周則為687天,。鄭永春說,，如果在火星上過日子的話，每天的晝夜長短跟地球上差不多,，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,。”鄭永春說,。

　　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,。對于喜歡看云的人來說,，到火星上恐怕會失望。鄭永春說,，火星的天空大多數(shù)萬里無云,，偶爾會有云層出現(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,，沒有全球性的磁場,，磁場強(qiáng)度只有地球的1%。

　　事實(shí)上,，人們對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,，盡管沒有探測器發(fā)現(xiàn)肉眼可見的液態(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“熱門星球”,，引發(fā)著人類對地外生命的熱烈猜想,。

　　“世界各國的行星探測大致聚焦于這幾個(gè)問題：太陽系的起源與演化，生命的起源與演化,，地外生命信息的探尋等,。這也是行星探測試圖回答的問題，即我們從哪里來,，又將到哪里去,。通過行星探測，人們試圖找到人類,、太陽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)注的重大問題?！眹液教炀痔皆屡c航天工程中心深空部部長耿言說,。

　　火星，到底是地球的過去,，還是地球的未來,？這在科學(xué)界尚無定論，但毫無疑問,，對火星的持續(xù)研究將加深人類對地球生命起源和演化的理解,。

　　火星探測迄今為止可分為三個(gè)階段，幾乎貫穿整個(gè)人類航天史

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

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

　　專家介紹,，火星探測大約分為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,，時(shí)間跨度為1960—1970年,。這一階段國際深空探測剛剛起步，相關(guān)國家主要以火星飛越探測,、傳送火星圖片與探測大氣參數(shù)為主,，但探測任務(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,，美蘇重新展開火星探測活動(dòng),，以軌道環(huán)繞與著陸探測為主，主要任務(wù)包括傳輸圖像,、探測大氣,、磁場、地表溫度等,。此后,，兩國對于深空探測的投入減小。

　　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)催生了火星探測的新熱潮。多個(gè)國家加入探測行列,，成功率也大幅增長,。火星探測活動(dòng)的探測方式主要為著陸和巡視探測,，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“火星快車”“勇氣號”“機(jī)遇號”和“好奇號”等多顆探測器，成功找到了火星水存在的證據(jù),。

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

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

　　環(huán)繞,。探測器依靠自身動(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)這些探測任務(wù)后，一些國家下一步的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)火星取樣返回,。由探測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,，以及美國發(fā)射于2011年的“好奇號”火星車和2018年發(fā)射的“洞察號”著陸器。

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

　　最近5500萬公里、最遠(yuǎn)4億公里的距離,，決定了火星探測并不輕松,。截至2020年6月底，人類進(jìn)行的40多次火星探測任務(wù)中,，完全成功的探測任務(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%,。

　　中國首次火星探測任務(wù)總設(shè)計(jì)師張榮橋表示，盡管人類在月球探測方面積累了一定經(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,，以及太陽風(fēng),、紫外線、宇宙射線等,，對航天器傷害很大,。火星的大氣稀薄且存在很大的不確定性,，這無疑給著陸火星增加了難度,。

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

　　火星和地球的遠(yuǎn)距離,，還影響了無線電信號接收,。“火星距離地球最遠(yuǎn)時(shí)有4億公里,，從地面上向火星探測器發(fā)布一道指令,，探測器要在23分鐘以后才能執(zhí)行,，這種巨大的延時(shí)為測控帶來阻礙。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?！惫⒀哉f,。

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

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

　　挑選晴朗的一天，靜待太陽下山,，在萬家燈火尚未點(diǎn)亮之際,，選擇一處開闊地，伴隨著徐徐晚風(fēng),，點(diǎn)開手機(jī)上的認(rèn)星軟件,，對準(zhǔn)夜空，根據(jù)指引就能發(fā)現(xiàn)火星的位置,。這是一個(gè)普通人用肉眼觀測火星的快捷方法,。

　　科幻小說和電影中，火星絕對是大熱門元素,?！霸诨鹦巧祥_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成熟或能夠預(yù)見的科學(xué)技術(shù),，還勾勒出人類對火星的各式幻想，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),，一家知名商場專門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長的機(jī)械臂,，正在進(jìn)行采樣收集工作，不遠(yuǎn)處則是一片火星營地,。這里圍繞“數(shù)字,、模擬、未來”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、逼真的太空場景,，藝術(shù)和科技交織融合,，引領(lǐng)人們沉浸于“火星之旅”。專門來這里“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,，有助于開展火星和地球的環(huán)境對比研究，根據(jù)對地球環(huán)境演變的認(rèn)識反推對火星的了解,?！?/p>

　　火星這顆荒漠行星，也是希望之星,。無論從火星身上發(fā)掘出何種奧秘,，人類都能從探測中獲得對自身命運(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)著公眾對火星的感情,。這種對火星的好奇和向往,，反過來深深影響著人類對自然科學(xué)、人文科學(xué)等重大命題的思索,。（記者 馮 華 劉詩瑤）