火星,我来了!

作者: 星球研究所

来源: 星球研究所

发布日期: 2020-08-05

本文介绍了中国首次火星探测任务的背景、过程及其重要性,回顾了人类对火星的探索历史,并展望了未来的火星探索。

2020年7月23日,长征五号运载火箭搭载我国首个火星探测器,在海南文昌发射。虽然这件事过去快两周了,但,什么时候看火星都不晚。

怒火直冲云霄,光芒划破长空,长征五号运载火箭搭载着一位特殊的“探险家”冲出地球,中国向火星进发。200多个地球日后,这位来自中国的“火星探险家”天问1号将一口气完成环绕火星、着陆火星、巡视火星三大任务。中国人跨越两千多年的天问,终于有机会找到答案。

此外,在最近的半个月里,相继启航奔赴火星的还有阿联酋的希望号和美国的毅力号。如果任务全部成功,成功登陆火星的地球机器人将达到10个。从第一位机器人登陆火星地表至今已近50年,只不过这些机器人有的已经粉身碎骨,有的则深陷沙地,绝望求生,有的虽已饱经风霜,但仍在“坚持战斗”。即便如此,它们仍是现今人类在所有地外行星上最强大的“机器人军团”。

如果再加上数量众多的环绕火星飞行的探测器,火星已是“人声鼎沸”。如此多的机器人前仆后继、集聚火星,它们是在筹划一件大事吗?

遥望火星,在肉眼观星的时代,地球的夜空中总会有一颗星星呈现出比周围星辰更加显著的红色,中国古人称其“荧荧如火”,这便是火星。火星的目视亮度经常发生变化、忽明忽暗,更为诡异的是它还会在夜空中突然逆行,令人难以捉摸。火星也因此得名“荧惑”。

当天文学步入哥白尼时代,人们逐渐了解太阳系的组成,火星原来是离太阳第四近的行星,位于地球与木星之间。到了望远镜时代,1877年意大利天文学家斯基亚帕雷利发现火星地表有许多线条状的地貌,他称这些线条为“沟渠”,但是狂热的大众更愿意相信这些线条正是外星智慧生命开凿出的运河,延续100余年的“火星人”幻想就此拉开帷幕。

而到了航天时代,从1960年起,人类的探测器开始在数千或上万千米处抵近观察,一个更加真实的火星展现在世人面前。它拥有太阳系最大最长的峡谷之一水手峡谷,长约4000千米,深达7千米,横跨大半个火星,如同被上帝之剑砍削而成。它拥有太阳系最高的山峰奥林帕斯火山,高度超过2万米,是珠峰海拔的2.5倍。

更令人兴奋的是,它还拥有宽阔蜿蜒的河床,流水曾在此奔腾而去。这意味着看似荒芜的火星曾经有过湿润的时光,人们禁不住好奇这些水流是否也曾经孕育出欣欣向荣的生命?一块在地球上偶然发现的火星陨石更是将人们对于火星生命的幻想推向了高潮,这块陨石上类似细菌的棒状结构极有可能是36亿年前火星上的生命遗存。

与地球极为相似的火星,直径约为地球的一半,自转轴倾角、自转周期也与地球相当,差不多的日长、规律的四季交替,不由得让人们遐想,如果太阳系存在地外生命,火星极有可能是其中之一。但是想要发现火星生命,仅仅在地球上大海捞针捡拾陨石或者远远地围绕着火星拍照都是不够的,我们必须拿到最直接的证据,最好的办法就是登陆火星。

1969年7月20日,宇航员阿姆斯特朗迈出了他的一小步,人类仅仅用了4天时间便从地球登上了约40万千米外的月球。然而火星远比月球更加遥远,最近端相距约5600万千米,是地月距离的140倍,最远端更是高达4亿千米,是地月距离的1000倍。

在实际航行中,人类还没有任何一个推进系统可以强大到直接沿着火星与地球的最短距离行驶,我们必须沿着一条椭圆形的轨道,借助地球的公转速度,以最少的燃料损耗将飞船“甩”到火星。这便是著名的霍曼转移轨道。通过霍曼转移轨道去往火星,仅单程最少需要约7个月,这可比登月的4天长太多了。

1971年,苏联接连发射两艘去往火星的探测器,火星2号和火星3号分别携带着着陆器和两辆只有4.5千克的机器人火星车。如果着陆成功,它将成为漫游火星的第一“人”。1971年11月27日,在经历半年多的星际航行后,火星2号成功进入火星轨道,但不幸的是此时的火星上发生了行星级的沙尘暴,火星2号着陆器以每秒6千米的速度一头扎入风暴中,成为第一个到达火星地表的人造物。

1971年12月2日,火星3号成功在火星实现软着陆,但十几秒后沙尘暴便摧毁了它的通讯系统,从此与地球失去联系。人类早期登陆火星地表的任务几乎全军覆没,但失败的阴霾并没有浇灭科学家对于火星的热情,反而激励着、鼓舞着他们攻克一个又一个科学难题。

1975年,美国的两艘探测器海盗1号和海盗2号满载着各种仪器向火星再次进发。10个月后,海盗1号着陆器开始进入火星大气层,20多分钟后,一张高清照片被传至科学家面前,海盗1号“恶作剧”般地对着自己的脚垫区域来了一张局部“自拍”,显示它已经安全抵达,且成像系统工作良好。

随后,越来越多的图像数据以光速飞向地球,伴随着地球人的兴奋、喜悦、惊讶,火星地表的真实面貌被展现出来。这是一个空旷、贫瘠、乱石遍布的世界,富含铁元素的土壤因为氧化而显得一片橙红,连天空也被浮尘渲染。

海盗1号着陆之后便开始分析火星的土壤,竟然真的检测到了疑似生命活动的迹象,但随后的分析又表明火星土壤中并没有任何有机物,矛盾太矛盾了。与此同时,已安全着陆的海盗2号也得到了同样的矛盾结果,火星生命的勘察陷入困局。

之后海盗1号、2号着陆器则继续其他方面的研究,直到1980年4月11日2号着陆器因电池故障失联,1982年11月13日一次软件更新错误让1号着陆器也陷入了沉寂。彼时的它已经工作超过六年,在很长一段时间内,它都是火星地表存活最久的机器人。

1997年7月4日,一艘全新的探测器登陆火星,火星探路者号。这是一次新技术的全面预演,大型安全气囊被应用于着陆过程。人类的火星车机器人也在此次登陆中首次成功释放,旅居者号拥有自主式导航系统,能灵活爬过岩石。

2004年,科学家宣布机遇号在岩石中发现液态水存在的证据,数天后,勇气号发现了盐层,极有可能是一条古湖岸线的遗迹。两辆火星车的设计任务时间都只有90个火星日,而实际上它们的工作时长超过6年。

2008年,凤凰号着陆器登陆火星并接连发现水冰、火星降雪。2012年,历史上耗资最贵的火星探测项目火星科学实验室将一辆巨大的火星车好奇号送上了火星。好奇号发现火星土壤中的水分高达1.5-3%,完全可以满足未来人类移民的需要。

正当人类一步步揭开火星生命神秘面纱的同时,火星上的机器人军团却在逐渐“老”去。2009年,奔波了5年多的勇气号深陷沙地、无法移动,但它仍然通过对车轮搅出的泥土进行分析,发现火星上曾存在水的证据。2010年,勇气号用尽了最后的勇气,顽强地走过了一生的最后旅程。

2018年,机遇号意外失联,容颜被风沙掩埋,身躯在异星消散。就这样,人类的火星探索从美苏争霸到美国独领风骚,再到欧空局、俄罗斯以及印度一一加入。当时间来到2020年,终于该轮到中国开启自主探索火星的旅程了。

近50年的火星地表勘测,成功完成任务的机器人仅仅只有8位,巧合的是它们都来自美国,而在2021年,火星上的机器人军团将迎来一个会说中文的新伙伴天问1号。但想要用中文向火星问好,又谈何容易。

中国的首次自主火星探测更是要通过一次发射实现环绕、着陆、巡视三大目标,如若成功,世界首次看似天方夜谭的目标背后是中国航天几十年的辛勤耕耘。天问1号的设计师还精心设计了地-空结合的立体探测模式,即太空一个环绕器,地表一个火星车,相互结合、互相验证,对火星的磁场、电离层、大气层、地形地貌、地下结构实现全方位的立体化探测。

两千多年前,我国著名大诗人屈原抬头仰望满天繁星,不由得发出了疑问“这天上的星星到底是怎么排列的?”这便是《天问》诗篇里的列星安陈?今天的我们终于有能力去火星寻找第一个答案。明年,我们想要听到那句熟悉的、安心的、有力的从那遥远火星传来的“我已着陆,状态良好”。预祝天问1号取得圆满成功!

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