7月(yuè)23日，我國(guó)首次火星探測任務“天問一(yī)号”在中國(guó)文昌航天發射場踏上(shàng)征程，中國(guó)人離探索火星的夢想更進一(yī)步。

早在2300多(duō)年(nián)前，詩人屈原就(jiù)用一(yī)首長(cháng)詩《天問》，發出了對宇宙洪荒、天地自(zì)然的疑問。“日月(yuè)安屬?列星安陳?”盡管現代天文學已經可以非常精确地回答這一(yī)問題——太陽系的引力維系著(zhe)八大行星繞其公轉，然而關于生(shēng)命、人類、太陽系乃至宇宙的起源，還(hái)有太多(duō)的未解之謎。

這也是中國(guó)行星探測任務“天問”的名字來源，“天問一(yī)号”任務的目的地瞄準火星，它的成功發射拉開(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(duō)相(xiàng)似，引發著(zhe)人類對地外生(shēng)命的熱烈猜想

作為(wèi)太陽系裡(lǐ)與地球為(wèi)相(xiàng)似且距離較近的行星，從(cóng)古至今，人們都對這顆星球有著(zhe)無限遐想。

從(cóng)地球上(shàng)仰望星空，火星仿佛是夜空裡(lǐ)的一(yī)簇火光(guāng)。它的運行軌迹複雜(zá)多(duō)變，看(kàn)起來忽明忽暗(àn)、忽大忽小(xiǎo)，令觀者迷惑，因此火星早被賦予的中文名字叫“熒惑”。其中“熒”代指火星表面發射的紅(hóng)光(guāng);“惑”則出于古人對火星運行缺乏規律而感到(dào)的困惑。

火星為(wèi)什麽看(kàn)起來是紅(hóng)色的?中國(guó)科學院國(guó)家天文台研究員(yuán)鄭永春說，這是因為(wèi)火星表面有紅(hóng)色的赤鐵礦，呈現出橘紅(hóng)色。另一(yī)個(gè)原因則是沙塵暴造成的。火星上(shàng)風力很大，會(huì)引發猛烈的沙塵暴，一(yī)來就(jiù)幾乎席卷整個(gè)星球表面，持續多(duō)月(yuè)不停，還(hái)充斥著(zhe)扶搖直上(shàng)的龍卷風。當揚起的沙塵覆蓋火星，遮住了原本灰褐色的沙粒和石塊，就(jiù)造成了“紅(hóng)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，是太陽系的第四顆行星。因為(wèi)自(zì)然環境與地球相(xiàng)似，火星又(yòu)被稱作地球的“姊妹(mèi)星”。實際上(shàng)，地球要比火星大得多(duō)。地球半徑是6378公裡(lǐ)，火星半徑僅為(wèi)3398公裡(lǐ)，大緻是地球的一(yī)半，體積則是地球的1/7。火星的表面積，與地球的陸地面積差不多(duō)。

假如站在火星表面，會(huì)發現這裡(lǐ)的地形地貌與地球非常相(xiàng)似。事(shì)實上(shàng)，作為(wèi)類地行星，火星同樣具備核、幔、殼等内部構造。人們習慣用“荒漠行星”來形容它的形狀，這裡(lǐ)分布著(zhe)高(gāo)原、平原、峽谷和火山。其中高(gāo)于1萬米的大山就(jiù)有好幾座，高(gāo)峰奧林匹斯山高(gāo)達2萬米左右，是珠穆朗瑪峰高(gāo)度的2倍多(duō)。還(hái)有一(yī)個(gè)水(shuǐ)手大峽谷，長(cháng)度相(xiàng)當于橫貫中國(guó)東西(xī)部。

火星上(shàng)也有四季更替。隻不過，如果用地球日來換算(suàn)的話，火星上(shàng)一(yī)年(nián)大約有23個(gè)月(yuè)。這是因為(wèi)地球環繞太陽一(yī)周需要約365天，火星繞太陽一(yī)周則為(wèi)687天。鄭永春說，如果在火星上(shàng)過日子的話，每天的晝夜長(cháng)短跟地球上(shàng)差不多(duō)，火星的一(yī)天是24小(xiǎo)時39分35秒(miǎo)，比地球長(cháng)了近40分鍾。

“東西(xī)方在古代一(yī)直賦予金星很多(duō)美好的想象，但實際上(shàng)，金星的表面非常灼熱，溫度高(gāo)達465—485攝氏度。反而是曾長(cháng)期被認為(wèi)‘災難’、不吉的火星，随著(zhe)科學認知的加深，逐漸發現它與地球有太多(duō)相(xiàng)似之處。”鄭永春說。

像地球一(yī)樣，火星也有大氣，可惜密度僅為(wèi)地球的1%，約相(xiàng)當于地球上(shàng)33千米高(gāo)處的大氣密度，極為(wèi)稀薄，成分以二氧化碳為(wèi)主。對于喜歡看(kàn)雲的人來說，到(dào)火星上(shàng)恐怕會(huì)失望。鄭永春說，火星的天空大多(duō)數萬裡(lǐ)無雲，偶爾會(huì)有雲層出現，但是顔色偏白(bái)、厚度較薄，像我們熟悉的地球卷雲。

火星表面的重力約為(wèi)地球表面的0.38，沒有全球性的磁場，磁場強度隻有地球的1%。

事(shì)實上(shàng)，人們對這顆紅(hóng)色星球格外青睐的重要原因，是在這裡(lǐ)發現了有水(shuǐ)存在的明确證據。有水(shuǐ)，就(jiù)代表著(zhe)生(shēng)命存在的可能(néng)。根據航天器(qì)的探測結果，清晰可知火星擁有海岸線和湖(hú)泊的遺迹、幹涸的河道、沖積扇等流水(shuǐ)地貌，這些都表明火星在曆史上(shàng)曾經有大規模的液态水(shuǐ)。目前，盡管沒有探測器(qì)發現肉眼可見(jiàn)的液态水(shuǐ)，但在火星地下(xià)已經發現了鹽度極高(gāo)的鹵水(shuǐ)。2018年(nián)，有科學家宣布在火星南(nán)極冰蓋下(xià)發現了鹽水(shuǐ)湖(hú)存在的證據。

正是由于火星與地球的諸多(duō)相(xiàng)似之處，火星一(yī)直是人類心中的“熱門(mén)星球”，引發著(zhe)人類對地外生(shēng)命的熱烈猜想。

“世界各國(guó)的行星探測大緻聚焦于這幾個(gè)問題：太陽系的起源與演化，生(shēng)命的起源與演化，地外生(shēng)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(cóng)哪裡(lǐ)來，又(yòu)将到(dào)哪裡(lǐ)去。通(tōng)過行星探測，人們試圖找到(dào)人類、太陽系乃至宇宙的起源與演化的奧秘。生(shēng)命的出現是必然還(hái)是偶然?我們能(néng)否在其他的星球尤其是跟地球類似的火星上(shàng)，尋找到(dào)生(shēng)命起源的證據?這些都是科學界非常關注的重大問題。”國(guó)家航天局探月(yuè)與航天工(gōng)程中心深空部部長(cháng)耿言說。

火星，到(dào)底是地球的過去，還(hái)是地球的未來?這在科學界尚無定論，但毫無疑問，對火星的持續研究将加深人類對地球生(shēng)命起源和演化的理解。

火星探測迄今為(wèi)止可分為(wèi)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(jiù)越感興趣。火星的“火熱”，可以從(cóng)統計數字上(shàng)充分感受到(dào)。在行星探測史上(shàng)，火星屬于曆史久、持續時間長(cháng)的探測目标，是除地球以外人類研究程度高(gāo)的行星。

從(cóng)20世紀60年(nián)代人類首次開(kāi)展火星探測開(kāi)始，截至今年(nián)6月(yuè)底，人類已進行40多(duō)次火星探測活動。

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

第一(yī)階段是早期的飛(fēi)越探測，時間跨度為(wèi)1960—1970年(nián)。這一(yī)階段國(guó)際深空探測剛剛起步，相(xiàng)關國(guó)家主要以火星飛(fēi)越探測、傳送火星圖片與探測大氣參數為(wèi)主，但探測任務成功率并不高(gāo)，僅有一(yī)例成功完成任務。

第二階段是初步了解火星表面，時間跨度為(wèi)1970—1990年(nián)。上(shàng)世紀70年(nián)代初期，美蘇重新展開(kāi)火星探測活動，以軌道環繞與著(zhe)陸探測為(wèi)主，主要任務包括傳輸圖像、探測大氣、磁場、地表溫度等。此後，兩國(guó)對于深空探測的投入減小(xiǎo)。

第三階段則是探尋火星生(shēng)命迹象，從(cóng)1990年(nián)至今。迅猛發展的科學技(jì)術(shù)催生(shēng)了火星探測的新熱潮。多(duō)個(gè)國(guó)家加入探測行列，成功率也大幅增長(cháng)。火星探測活動的探測方式主要為(wèi)著(zhe)陸和巡視探測，主要目标是尋找火星水(shuǐ)存在的證據和生(shēng)命迹象。其間發射過“火星快車”“勇氣号”“機(jī)遇号”和“好奇号”等多(duō)顆探測器(qì)，成功找到(dào)了火星水(shuǐ)存在的證據。

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

飛(fēi)越。探測器(qì)能(néng)夠在火星附近快速掠過，用極短的時間抓住一(yī)切可能(néng)記錄的有用數據。這是早期開(kāi)展火星探測的主要形式，當時的技(jì)術(shù)水(shuǐ)平還(hái)難以讓探測器(qì)制動減速留在環繞火星軌道。

環繞。探測器(qì)依靠自(zì)身動力制動進入環繞火星的軌道，“變身”為(wèi)火星的人造衛星。

著(zhe)陸。著(zhe)陸系統降落在火星表面。這個(gè)環節難度很大，需要著(zhe)陸系統完全自(zì)主導航控制。

巡視。通(tōng)俗意義上(shàng)講，火星車就(jiù)是巡視器(qì)，它到(dào)處移動，邊走邊看(kàn)，能(néng)在不同地點進行多(duō)方面精細考察。

在實現這些探測任務後，一(yī)些國(guó)家下(xià)一(yī)步的目标是實現火星取樣返回。由探測器(qì)從(cóng)火星上(shàng)采集岩石和土(tǔ)壤，并帶回地球。

在60多(duō)年(nián)的火星探測史中，湧現出不少裡(lǐ)程碑式的任務。目前，仍在火星上(shàng)锲而不舍工(gōng)作的，共有6個(gè)軌道器(qì)，以及美國(guó)發射于2011年(nián)的“好奇号”火星車和2018年(nián)發射的“洞察号”著(zhe)陸器(qì)。

火星探測成功率低(dī)，特殊的環境、遙遠(yuǎn)的距離帶來巨大的挑戰

近5500萬公裡(lǐ)、遠(yuǎn)4億公裡(lǐ)的距離，決定了火星探測并不輕松。截至2020年(nián)6月(yuè)底，人類進行的40多(duō)次火星探測任務中，完全成功的探測任務隻有19次，成功率約43%。即使算(suàn)上(shàng)部分成功的，也僅僅隻有23次，成功率約53%。

中國(guó)首次火星探測任務總設計師(shī)張榮橋表示，盡管人類在月(yuè)球探測方面積累了一(yī)定經驗，在火星面前仍是一(yī)個(gè)不折不扣的“新手”，全新的環境、全新的技(jì)術(shù)，都帶來全新的考驗。

“火星是一(yī)個(gè)全新的環境，即使前期掌握了一(yī)些資料，但科學家的認識可能(néng)還(hái)不夠深刻，需要反複進行試驗和推導。”鄭永春介紹，以火星的地表環境為(wèi)例，紅(hóng)色沙礫中含有的氧化劑、氧化鐵、高(gāo)氯酸鹽等成分，以及太陽風、紫外線、宇宙射線等，對航天器(qì)傷害很大。火星的大氣稀薄且存在很大的不确定性，這無疑給著(zhe)陸火星增加了難度。

火星光(guāng)照(zhào)特殊，也給探測器(qì)的能(néng)源供給出了難題。同樣面積下(xià)，火星接收太陽光(guāng)的能(néng)量隻有月(yuè)球表面的40%。探測器(qì)想要正常運轉，需要增加一(yī)些特殊設計。太陽翼面積需要更大更靈活，大緻相(xiàng)當于放(fàng)置月(yuè)球上(shàng)的太陽翼的2—3倍，還(hái)要具備雙軸驅動能(néng)力，時時刻刻追著(zhe)太陽走。

火星和地球的遠(yuǎn)距離，還(hái)影響了無線電(diàn)信号接收。“火星距離地球遠(yuǎn)時有4億公裡(lǐ)，從(cóng)地面上(shàng)向火星探測器(qì)發布一(yī)道指令，探測器(qì)要在23分鍾以後才能(néng)執行，這種巨大的延時為(wèi)測控帶來阻礙。隻有采用更大口徑的天線、實現更大的發射功率，才能(néng)盡可能(néng)降低(dī)這種不便。”耿言說。

火星的重力不一(yī)樣，這種特殊的動力特性給探測器(qì)的建造帶來挑戰，對火星車體輪系的結構強度、驅動力都提出了新要求。

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

挑選晴朗的一(yī)天，靜(jìng)待太陽下(xià)山，在萬家燈火尚未點亮之際，選擇一(yī)處開(kāi)闊地，伴随著(zhe)徐徐晚風，點開(kāi)手機(jī)上(shàng)的認星軟件(jiàn)，對準夜空，根據指引就(jiù)能(néng)發現火星的位置。這是一(yī)個(gè)普通(tōng)人用肉眼觀測火星的快捷方法。

科幻小(xiǎo)說和電(diàn)影中，火星絕對是大熱門(mén)元素。“在火星上(shàng)開(kāi)荒種土(tǔ)豆”“在火星建造地下(xià)基地”“将火星作為(wèi)跳闆躍至更深宇宙”，一(yī)部部壯闊震撼的作品散發著(zhe)經久不衰的魅力，不光(guāng)展示著(zhe)目前相(xiàng)對成熟或能(néng)夠預見(jiàn)的科學技(jì)術(shù)，還(hái)勾勒出人類對火星的各式幻想，不斷加深著(zhe)人們的好奇和向往。

在北(běi)京CBD區域寸土(tǔ)寸金的商圈内，一(yī)家知名商場專門(mén)辟出一(yī)片科技(jì)味十足的火星展廳。紅(hóng)色的沙礫土(tǔ)石上(shàng)，白(bái)色的火星車揮舞著(zhe)長(cháng)長(cháng)的機(jī)械臂，正在進行采樣收集工(gōng)作，不遠(yuǎn)處則是一(yī)片火星營地。這裡(lǐ)圍繞“數字、模拟、未來”為(wèi)主題，向遊客講述了“火星曆史”和“移民(mín)到(dào)火星”等故事(shì)。光(guāng)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(jì)交織融合，引領人們沉浸于“火星之旅”。專門(mén)來這裡(lǐ)“打卡”的人們一(yī)邊拍照(zhào)、一(yī)邊贊歎：“火星真的是這樣子嗎(ma)?有一(yī)天我們真的能(néng)去火星嗎(ma)?這也太酷了吧(ba)!”

類似兼具旅遊和科普意味的“火星營地”還(hái)有很多(duō)。鄭永春介紹，地球上(shàng)有不少和火星地貌相(xiàng)像的地區。例如我國(guó)青海西(xī)北(běi)角、柴達木(mù)盆地腹地，依托俄博梁雅丹地貌，興建了冷湖(hú)火星研學營地。在約旦西(xī)南(nán)部，有一(yī)座名為(wèi)“月(yuè)谷”的酒紅(hóng)色山谷，曾是火星科幻電(diàn)影的拍攝地。“一(yī)些地區不僅僅是外觀與火星相(xiàng)似，它們荒漠的地貌特征，分布的河流、湖(hú)泊幹涸的沉積物(wù)等，有助于開(kāi)展火星和地球的環境對比研究，根據對地球環境演變的認識反推對火星的了解。”

火星這顆荒漠行星，也是希望之星。無論從(cóng)火星身上(shàng)發掘出何種奧秘，人類都能(néng)從(cóng)探測中獲得對自(zì)身命運的啓示。倘若地球氣候巨變、生(shēng)物(wù)受到(dào)嚴重威脅，人類将何去何從(cóng)?火星是否會(huì)是人類後的避難所?這些思考始終萦繞在人們心頭。

專家認為(wèi)，現有開(kāi)展的一(yī)系列圍繞火星的活動，都在潛移默化地培養著(zhe)公衆對火星的感情。這種對火星的好奇和向往，反過來深深影響著(zhe)人類對自(zì)然科學、人文科學等重大命題的思索。

文章轉自(zì)人民(mín)網，如有問題請聯系删除。

http://www.hcdsm.cn