探測(cè)火星不是件容易的事，可是人類探測(cè)火星的熱情卻從未熄滅。中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁透露，2020年我國(guó)將發(fā)射探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)火星的環(huán)繞、著陸和巡視探測(cè)。中國(guó)火星探測(cè)任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋表示，首次火星探測(cè)任務(wù)一步實(shí)現(xiàn)“繞、落、巡”探測(cè)，這在國(guó)際上前所未有，難度極大�；鹦怯惺裁茨Яξ祟悩�(lè)此不疲?人類探索火星取得了怎樣的成果?面對(duì)艱巨的挑戰(zhàn)，人類準(zhǔn)備好了嗎?
答疑解惑
【你了解火星嗎?】
火星是太陽(yáng)系八大行星之一，是太陽(yáng)系由內(nèi)往外數(shù)的第四顆行星，屬于類地行星，直徑約為地球的53%，質(zhì)量為地球的11%。自轉(zhuǎn)軸傾角、自轉(zhuǎn)周期均與地球相近，公轉(zhuǎn)一周約為地球公轉(zhuǎn)時(shí)間的兩倍。橘紅色外表是地表的赤鐵礦(氧化鐵)�；鹦腔旧鲜巧衬行�，地表沙丘、礫石遍布。二氧化碳為主的大氣既稀薄又寒冷，沙塵懸浮其中，每年常有塵暴發(fā)生。與地球相比，火星地質(zhì)活動(dòng)較不活躍，地表地貌大部分于遠(yuǎn)古較活躍的時(shí)期形成，有密布的隕石坑、火山與峽谷。另一個(gè)獨(dú)特的地形特征是南北半球的明顯差別：南方是古老、充滿隕石坑的高地，北方則是較年輕的平原。
【人類為什么鐘情于火星?】
火星是離地球軌道最近的一顆行星，在許多方面與地球較為相像，火星也有四季變化，氣溫比地球低，生存條件僅次于地球。科學(xué)家認(rèn)為，如果火星上有生命和水，它可能就是適合人類居住的另一顆行星，人類也就有可能向火星移民，開辟新的生存空間。因此，從上世紀(jì)60年代開始，美國(guó)、蘇聯(lián)、歐洲以及日本等都競(jìng)相開始探索火星的歷程。
【火星過(guò)去曾像地球一樣宜居?】
在四十六億年前到三十七億年前的這段時(shí)間，火星表面溫暖濕潤(rùn)，火星上那些看起來(lái)像是水沖刷出來(lái)的地貌形態(tài)也顯示，當(dāng)時(shí)的火星表面存在大量江河湖泊。最新的研究還表明，這些江河湖泊通過(guò)一個(gè)地下水系統(tǒng)連成一體，也就是說(shuō)，水都是相通的。這些豐富的水資源加上濃密大氣層，使火星就像今天的地球一樣適合生命生存。曾經(jīng)溫暖濕潤(rùn)的火星，經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的演化，為什么會(huì)變成了今天的一片荒漠?其中一個(gè)非常重要的原因就是來(lái)自太陽(yáng)的太陽(yáng)風(fēng)。太陽(yáng)本身有非常高的溫度，表面的等離子體會(huì)像水蒸氣一樣脫離太陽(yáng)重力的束縛，形成高速的等離子流。這些粒子和火星相互作用，使得火星的大氣從火星上逃逸，形成像彗尾那樣的粒子流。
【我們距離火星還有多“遠(yuǎn)”?】
首先，火星并不好去�；鹦桥c地球的距離大約是月球與地球距離的150倍，重重挑戰(zhàn)包括載具和燃料技術(shù)如何突破，如何獲得足夠的氧氣、水和食物，以及如何避開或“挺”過(guò)太陽(yáng)風(fēng)或輻射等危險(xiǎn)。其次，地球也不好回，宇航員要等到地球和火星再次正確對(duì)準(zhǔn)軌道才能返航。此外，太空旅行對(duì)人體的影響也是任務(wù)控制人員非常關(guān)注的問(wèn)題。2016年，美國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)，與進(jìn)入低軌道或從未離開地球的人相比，為執(zhí)行月球任務(wù)而進(jìn)入深空的宇航員死于心血管疾病的幾率要高5倍。2017年，俄羅斯科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，深空旅行可能會(huì)給人體免疫系統(tǒng)帶來(lái)驚人的改變，如果接觸到病毒，宇航員將連普通感冒這樣的小病都難以抵御。
發(fā)現(xiàn)新知
【火星上發(fā)現(xiàn)有機(jī)物】
2018年6月7日，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)召開新聞發(fā)布會(huì)，公開了火星新發(fā)現(xiàn)——好奇號(hào)火星探測(cè)器在火星上發(fā)現(xiàn)了有機(jī)分子。在著陸的火星蓋爾環(huán)形山中，好奇號(hào)對(duì)幾十億年前古湖底淤積而逐漸形成的四個(gè)不同區(qū)域的泥巖沉積巖進(jìn)行鉆孔取樣，樣品由好奇號(hào)的樣本分析器(SAM)進(jìn)行分析。樣本分析器對(duì)粉末狀的巖石樣品加熱超過(guò)500攝氏度，隨后檢測(cè)到樣品釋放出小有機(jī)分子，即大有機(jī)分子的碎片。這些碎片中的一些含有硫，這有助于它們?cè)诨鹦菄?yán)酷的環(huán)境下保留下來(lái)——就像在地球上含硫的有機(jī)物更耐用，比如頭發(fā)、指甲和汽車輪胎一樣。在檢測(cè)中，還在這些巖石樣品中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)碳，另外一些可識(shí)別的分子包括噻吩、苯、甲苯和小碳鏈，如丙烷或丁烯。
【人類聽到了火星上的風(fēng)聲】
2018年12月7日，美國(guó)航天局宣布，“洞察”號(hào)無(wú)人探測(cè)器捕捉到了火星風(fēng)的聲音，這也是人類首次通過(guò)探測(cè)器了解火星風(fēng)聲。美國(guó)航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室當(dāng)天公布了一段“洞察”號(hào)傳回的、約20秒的火星風(fēng)音頻，聽上去是低沉的“隆隆”聲。這是“洞察”號(hào)上的傳感器于12月1日在艾利希平原上捕捉到的，風(fēng)由西北往東南方向吹，風(fēng)速約為每秒5至7米。這與火星軌道上觀測(cè)到的著陸區(qū)沙塵條紋方向一致。
【火星上有大型地下湖】
2018年，美國(guó)《科學(xué)》雜志發(fā)表的研究顯示，火星南極冰蓋表面下約1.5千米處存在一個(gè)約20千米寬的液態(tài)水湖。科學(xué)家一直將穩(wěn)定的液態(tài)水源視為生命存在的關(guān)鍵條件，例如地下湖或含水土層，而非只是微量的水、水汽或冰。研究人員還發(fā)現(xiàn)，該液態(tài)湖的溫度約為零下68攝氏度。遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)，為什么還能保持液態(tài)?科學(xué)家解釋說(shuō)，水中可能溶有鎂、鈣、鈉等火星巖石中的金屬鹽，這些金屬鹽像防凍劑一樣，加上冰蓋帶來(lái)的壓力，使這個(gè)湖泊在冰點(diǎn)下保持了液態(tài)。
【火星上有環(huán)形山冰層】
2018年底，歐洲航天局發(fā)布了“火星快車”探測(cè)器拍攝的幾張火星環(huán)形山冰層照片，褐色的環(huán)形山中積滿厚厚的冰層，看上去就像半個(gè)裝滿白色冰激凌的椰子。這些圖片記錄了火星北部科羅廖夫環(huán)形山的樣貌。該環(huán)形山是一個(gè)保存完好的隕石坑，環(huán)形山的凹陷區(qū)內(nèi)，看似積滿了白雪，實(shí)則是大約1.8米厚的冰層。由于存在“冷阱”現(xiàn)象，即空氣在山口遇冷沉降，山口內(nèi)的冰層終年不化，總體積約為2200立方千米。
關(guān)于火星的有趣事實(shí)
1. 誰(shuí)發(fā)現(xiàn)了火星
想要說(shuō)出誰(shuí)首先發(fā)現(xiàn)火星是不可能的，因?yàn)閹浊陙?lái)，人類都可以用肉眼看到這顆行星。1609年，意大利天文學(xué)家伽利略用一支原始的望遠(yuǎn)鏡對(duì)火星進(jìn)行了觀察，并由此成為“觀測(cè)天文學(xué)之父”。1659年，荷蘭天文學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯利用更加先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡觀察了火星，并進(jìn)行了繪圖。
2. 火星上會(huì)下雪
火星也會(huì)像地球一樣下雪。美國(guó)航天局研究人員在火星的南極觀測(cè)到了這種現(xiàn)象，只不過(guò)下的是干冰，即固態(tài)二氧化碳。這也是整個(gè)太陽(yáng)系中人類迄今觀測(cè)到的唯一一次降干冰現(xiàn)象。
研究人員在《地球物理研究雜志》上發(fā)表報(bào)告說(shuō)，他們通過(guò)火星勘測(cè)軌道飛行器上的相關(guān)儀器對(duì)火星南極地區(qū)的干冰云進(jìn)行觀測(cè)，并獲取了包括溫度、干冰顆粒大小以及濃度等數(shù)據(jù)。進(jìn)行分析后，研究人員發(fā)現(xiàn)，那個(gè)地區(qū)在冬季會(huì)出現(xiàn)降干冰的現(xiàn)象。
干冰需要在零下125攝氏度左右才會(huì)形成，這比水結(jié)冰的溫度要低很多。研究人員說(shuō)，這說(shuō)明，盡管火星環(huán)境與地球有不少相似的地方，但兩者間仍存在很大的差異。2008年，航天局的研究人員曾在火星的北部觀測(cè)到真正意義上的下雪現(xiàn)象，即由水凍結(jié)而成的冰雪。
3. 火星擁有太陽(yáng)系內(nèi)最大的山峰
我們都知道地球上最高的山峰是珠穆朗瑪峰，其海拔約為8844.43米，然而火星上的最高峰奧林匹斯山是高于火星基準(zhǔn)面21171米，是珠穆朗瑪峰的兩倍多，即便把奧林匹斯山放到地球最深的馬里亞納海溝里，它仍然能露出海平面1萬(wàn)多米，仍然能比珠穆朗瑪峰高很多。
奧林帕斯山是火星上的盾狀火山，是太陽(yáng)系已知的最大的火山，面積達(dá)30萬(wàn)平方公里，從山腳到山頂?shù)母卟钍?1.9公里，相當(dāng)于地球上從山腳到山頂?shù)淖罡呱矫凹{凱阿火山的兩倍多，如果將奧林帕斯山和它西北方1000公里處的平原相比的話，這座山要高出近2萬(wàn)7000米。
4. 在火星上你會(huì)感覺(jué)更瘦了
如果人類踏上火星，他們會(huì)感覺(jué)到自己變得更加輕盈�；鹦潜鹊厍蛐。渲亓σ残∮诘厍�，你會(huì)體驗(yàn)到比在地球上小62.5%的重力水平。也就是說(shuō)，如果你在地球上重100公斤，那在火星上就只有38公斤。
5. 火星上的一年
一個(gè)火星年相當(dāng)于687個(gè)地球日，盡管火星上一天只比地球的一天多了40分鐘。
6. 另一次火星接近
2003年，火星到達(dá)近6萬(wàn)年來(lái)距離地球最近的位置——只有5600萬(wàn)公里。據(jù)NASA介紹，要等到2287年才能再次見(jiàn)到如此近距離的火星。
7. 冰河時(shí)期
雷達(dá)探測(cè)圖片顯示，火星今天的面貌是在40萬(wàn)年前一次冰河時(shí)期結(jié)束之后逐漸形成的。
8. 生命跡象
2014年，好奇號(hào)火星車發(fā)現(xiàn)了甲烷氣泡。NASA的科學(xué)家稱，這一發(fā)現(xiàn)可能預(yù)示著“古代甲烷被封存的證據(jù)，可能意味著遠(yuǎn)古生命的存在”。
人類探險(xiǎn)火星簡(jiǎn)史
迄今，人類總共向火星發(fā)射了40多顆探測(cè)器，其中超過(guò)60%折戟沉沙，而成功者則為人類展現(xiàn)了奇異多姿的火星畫卷。
1962年11月，蘇聯(lián)發(fā)射了“火星1號(hào)”探測(cè)器在飛離地球1億公里時(shí)與地面失去聯(lián)系，從此下落不明。它被看作是人類火星探測(cè)的開端。
1964年11月，美國(guó)向火星發(fā)射“水手4號(hào)”飛船。1965年7月15日，“水手4號(hào)”飛近火星，從距離火星1萬(wàn)公里處拍攝了21幅照片，發(fā)現(xiàn)火星上存在大量環(huán)形山，火星大氣密度只有地球的1%，火星既沒(méi)有熔化的鐵核也沒(méi)有磁場(chǎng)。
1969年，美國(guó)“水手5號(hào)”和“水手6號(hào)”飛船再次掠過(guò)火星。它們拍攝的200多幅照片表明，火星表面的溫度比預(yù)想的更低，火星大氣中二氧化碳含量高達(dá)95%，水蒸氣幾乎難以尋覓。當(dāng)年，美國(guó)“水手7號(hào)”探測(cè)器發(fā)回126張照片。
1971年5月，蘇聯(lián)發(fā)射“火星3號(hào)”探測(cè)器。12月，其施放的著陸器由于遭遇火星沙塵暴，在開始照相掃描22秒后與地球失去聯(lián)系。
1972年，美國(guó)“水手9號(hào)”飛船沿火星外層空間軌道飛行，成為火星的第一顆人造衛(wèi)星，環(huán)繞火星軌道進(jìn)行長(zhǎng)期考察。“水手9號(hào)”成功拍攝了火星全貌，發(fā)回7329張照片，確認(rèn)火星上并不存在運(yùn)河，火星的一個(gè)半球上有許多環(huán)行山，外貌很像月球，另一個(gè)半球則比較平坦。
1975年8月，美國(guó)“海盜1號(hào)”升空，其于次年7月釋放的著陸器順利落至火星表面，向地面?zhèn)骰夭噬掌�。二者一直工作到上世紀(jì)80年代初。
1996年12月，美國(guó)“火星探路者”號(hào)發(fā)射。次年7月，其所攜著陸器順利落至火星，施放出“旅居者”號(hào)火星車，實(shí)現(xiàn)漫游考察并發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)古水痕。
1998年7月，日本“希望”號(hào)探測(cè)器飛赴火星，但此后故障不斷。2003年12月，日本宣布這次火星探測(cè)任務(wù)失敗。
2001年4月，美國(guó)發(fā)射“奧德賽”探測(cè)器。次年,該探測(cè)器發(fā)現(xiàn)火星表層可能富含冰凍水。其搭載的俄羅斯高能中子探測(cè)器也嘗試找水并探測(cè)火星表面中子流。
2003年，美國(guó)“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)火星車分別于6月和7月發(fā)射升空。它們都成功登上火星，對(duì)火星巖石和地貌開展長(zhǎng)達(dá)七八年的漫游考察。2004年1月25日(北京時(shí)間)中午“機(jī)遇”號(hào)在火星表面登陸。“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào) 是一對(duì)孿生兄弟，被科學(xué)家們親切地稱為機(jī)器人“地質(zhì)學(xué)家”。2010年“勇氣”號(hào)在服役6年后與地球失去聯(lián)系，火星表面只留下“機(jī)遇”號(hào)。
2003年6月，歐洲航天局“火星快車”探測(cè)器升空。12月,其施放的“獵兔犬2號(hào)”著陸器在登上火星后無(wú)法與地球聯(lián)系。2004年1月23日,“火星快車”探測(cè)器發(fā)現(xiàn)火星南極存在冰凍水，這些冰凍水部分裸露在火星表面，沒(méi)有被由二氧化碳凝固形成的干冰全部覆蓋。這是人類首次直接在火星表面發(fā)現(xiàn)水。
2004年1月3日，美國(guó)“勇氣”號(hào)火星車在火星表面成功著陸。在成功著陸幾個(gè)小時(shí)后，該探測(cè)器從著陸區(qū)附近傳回10多張高清晰度圖片，為探測(cè)工作取得了良好開端。
2005年8月，美國(guó)“火星勘測(cè)軌道飛行器”升空，其所攜探測(cè)儀的數(shù)量、探測(cè)精度和數(shù)據(jù)傳輸能力均創(chuàng)下當(dāng)時(shí)歷史紀(jì)錄。
2007年8月，美國(guó)“鳳凰”號(hào)探測(cè)器啟程，次年5月在火星北極著陸。探測(cè)器考察兩月后，科學(xué)家確認(rèn)“鳳凰”號(hào)在加熱火星土壤樣本時(shí)發(fā)現(xiàn)水蒸氣，為火星有水找到證據(jù)。2008年11月10日，美國(guó)航天局宣布，“鳳凰”號(hào)火星探測(cè)器因失去聯(lián)系，它持續(xù)5個(gè)多月的火星探測(cè)就此終結(jié)。
2011年11月9日，中國(guó)首顆“螢火一號(hào)”探測(cè)器與俄羅斯“福布斯-土壤”探測(cè)器一同升空，將分赴火星和火衛(wèi)一探測(cè)考察。但在飛行過(guò)程中出現(xiàn)意外,它們未能按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)變軌。
2011年11月26日，美國(guó)“好奇”號(hào)火星車發(fā)射升空。2012年8月6日，“好奇”號(hào)火星車在火星表面著陸，它將探索火星過(guò)去或現(xiàn)在是否存在適宜生命存在的環(huán)境。這是人類迄今在其他星球登陸的最精密移動(dòng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。
2013年11月5日，印度首個(gè)火星探測(cè)器“曼加里安”號(hào)發(fā)射升空。2014年9月24日，“曼加里安”號(hào)成功進(jìn)入火星軌道。它目前正在離火星表面大約500公里處正常運(yùn)行。
2016年3月14日，俄羅斯與歐洲航天局合作研制的“火星生物學(xué)——2016”成功發(fā)射，該宇航器主要用于探測(cè)火星大氣中的甲烷含量并驗(yàn)證火星著陸技術(shù)。
2018年5月5日，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)發(fā)射無(wú)人探測(cè)器“洞察”號(hào)(InSight)，再次向紅色星球發(fā)起挑戰(zhàn)。“洞察”號(hào)無(wú)人探測(cè)器在歷經(jīng)6個(gè)多月、航行約4.82億公里后，于北京時(shí)間2018年11月27日凌晨成功抵達(dá)火星登陸點(diǎn)，并順利傳回首張照片，開啟歷史上首次勘探火星內(nèi)部的探索任務(wù)。
各國(guó)航天機(jī)構(gòu)還醞釀著多個(gè)登陸火星計(jì)劃。2020年前后，美國(guó)計(jì)劃發(fā)射下一代火星車“火星2020”;歐俄計(jì)劃聯(lián)合發(fā)射“火星生物學(xué)-2020”火星車;中國(guó)計(jì)劃首次發(fā)射火星探測(cè)器，并實(shí)施首次火星探測(cè)任務(wù)。
延伸閱讀
火星之外
未來(lái)中國(guó)還有這些深空探測(cè)計(jì)劃
除了預(yù)計(jì)2020年首次發(fā)射火星探測(cè)器，實(shí)施火星環(huán)繞著陸巡視探測(cè)，中國(guó)還計(jì)劃在2030年前開展火星采樣返回、小行星探測(cè)、木星系及行星穿越探測(cè)等任務(wù)。
此外，中國(guó)將繼續(xù)實(shí)施月球探測(cè)工程，突破探測(cè)器地外天體自動(dòng)采樣返回技術(shù)，2019年年底前后將發(fā)射嫦娥五號(hào)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域軟著陸及采樣返回，探月工程將實(shí)現(xiàn)“繞、落、回”三步走目標(biāo)。
月球探測(cè)和深空探測(cè)是人類走出地球家園、探索外層空間的必然選擇。實(shí)施探月工程以來(lái)，中國(guó)在深空探測(cè)領(lǐng)域逐步取得了一定成績(jī)。
2013年12月，嫦娥三號(hào)首次實(shí)現(xiàn)中國(guó)航天器在地外天體軟著陸，完成月球表面巡視探測(cè)，2014年11月，月球探測(cè)工程三期再入返回飛行試驗(yàn)圓滿成功;2019年1月，嫦娥四號(hào)成功著陸在月球背面的馮·卡門撞擊坑，實(shí)現(xiàn)人類探測(cè)器在月球背面首次軟著陸，開展原位和巡視探測(cè)以及地月L2點(diǎn)中繼通信。
隨著探月四期工程拉開帷幕，后續(xù)還將發(fā)射嫦娥六號(hào)等月球探測(cè)器，按計(jì)劃執(zhí)行月球極區(qū)探測(cè)和月球南極采樣返回等;嫦娥七號(hào)計(jì)劃執(zhí)行月球南極綜合探測(cè)，包括地形地貌、物質(zhì)成分等。
嫦娥八號(hào)，計(jì)劃進(jìn)行更多關(guān)鍵技術(shù)的月面試驗(yàn)。包括要不要在月球建立科研基地或科研站、月面如何進(jìn)行3D打印、能否利用月壤建造房屋等，為共同構(gòu)建月球科研基地進(jìn)行探索。
□ 記者 吳承江整理自新華社、《科技日?qǐng)?bào)》等
