![](/upload/news/images/2014/7/20147102152533840.jpg)
火星,在英语中被称为玛尔斯(Mars,意为战神),古汉语中则因为它荧荧如火,位置、亮度时常变动让人无法捉摸而称之为“荧惑”。火星的火红色,自古就吸引着人们。除了绚丽的外表,火星因其“类地”的内在,更吸引着现代科学家。
■本报见习记者 袁一雪
浩渺星空,拥有无数反射着太阳光的星体,其中有一颗,人类倾注了巨大的人力物力去研究。它就是离太阳第四近的行星、四颗类地行星之一的火星。
2011年,著名物理学家史蒂芬·霍金曾对媒体称地球终将被毁灭,而人类要想继续存活只有一条路:移民外星球。霍金说:“人类已经步入越来越危险的时期,我们已经历了多次事关生死的事件。由于人类基因中携带‘自私、贪婪’的遗传密码,人类对于地球的掠夺日盛,资源正在一点点耗尽,人类不能把所有的鸡蛋都放在一个篮子里,所以,不能将赌注放在一个星球上。”
那么另外一个放鸡蛋的篮子在哪儿?科学家们几乎一致认为,是火星。于是,这颗外表奔放,内心保守的古老星球,得到了来自“邻居”的关注。
为什么是火星?
太阳系拥有八个行星,按照离太阳的距离从近到远,依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。“八个行星中,包括地球在内有四个类地行星。其中,水星非常热,而金星的大气压是地球的92倍。”北京大学地球与空间科学学院教授焦维新向《中国科学报》记者解释道,“虽然火星的大气压只有地球的0.1,但是火星自转一天的时间与地球接近。其外部同样有大气层环绕。”
如果继续深挖火星与地球相似的渊源,恐怕还要从太阳系形成之初说起。国家天文台研究员王俊杰告诉《中国科学报》记者,尽管太阳系的形成过程已经无法看到,但是从其他恒星的形成过程,不难窥探一二。“恒星形成于分子云中。分子云在宇宙中,相当于我们看到的天上的乌云。只不过,分子云中包括分子气体和尘埃等。分子云因引力作用密度逐渐升高而造成塌缩形成原恒星, 原恒星周围形成吸积物质的转动吸积盘。”王俊杰表示,“在吸积盘转动的过程中,又形成若干环,这些环中的物质在万有引力作用下逐渐凝聚成行星。也就是说恒星形成的同时,围绕在其周围的行星也就形成了。”
既然在同一个分子云中形成,就决定了地球与火星的大致成分和比例都相似。王俊杰解释说,从实际观测结果看,科学家们也认为在遥远的过去,火星与地球的物质状态相似,有些历史过程也相似。比如,都拥有或曾经拥有海洋、火山等。只是因为与太阳距离不同,导致环境相差比较多。
现实的火星上环境恶劣,这点从美国探测器发回的照片中一览无余。“到目前为止,没有发现大量的液态水,也没有发现生命的痕迹。而且火星的大气层非常稀薄,有科学家认为是太阳风所致,但是具体是什么原因还需要继续探究。”焦维新说, “火星距离地球的距离最长可达4亿公里,但是最近的时候则不到5600万公里,我们称之为‘大冲’。”王俊杰说。每个大冲一般间隔26个月。由此看来火星恐怕是人类近期“移居”最好的选择。“而且,人类对于火星的研究对于了解地球本身也具有一定意义。”焦维新表示,“特别是对保护我们地球,如何防止地球进一步恶化,都有借鉴意义。”
了解火星需要几步?
人类对火星的渴望并非近几年的事,早在上世纪60年代,美国和前苏联就开始了关于火星的探索。
“人类对火星的探测过程,其实和探测月球一样,都是绕、落、回三步。现在,绕和落的问题已经解决,只有回的问题悬而未决。”《国际太空》杂志执行主编、空间技术专家庞之浩对《中国科学报》记者解释道。目前,人类针对火星的探测包括发射轨道器和着陆器。“上世纪90年代,美国开始实施火星生命计划,将轨道器和着陆器同时发射升空。经历了两次失败后,美国采取了分开发送的方法。”庞之浩说,“也就是在某一个火星大冲时发射轨道器。然后通过轨道器观测着陆器着陆的最佳位置,再在之后的大冲时发射着陆器。”就功能而言,轨道器倾向于普查火星情况,而着陆器则是对局部区域的详查。
2001年,美国发射的“火星奥德赛轨道器”就是成功的范例。它身兼数职,不仅对火星进行普查,同时还是火星的中继卫星。“因为火星着陆器发送的信号弱,指挥员往往会把信号先传导至火星轨道器,再传回地球。”庞之浩说,“而且,美国‘火星勘测轨道器’‘火星奥德赛’提供的照片,为机遇号和好奇号在火星的着陆点提供了依据。”
不论是机遇号还是好奇号,甚至是之前美国发射的轨道器和着陆器,“它们每个上天都是有目的的。”焦维新表示,“比如,为了探究火星气体稀薄的原因,美国就发射了一个轨道器,专门探测太阳风的电离作用。而且预计到2020年,美国还将发射一个比好奇号更大的探测器,可以钻入火星内部探测。”
至于取样返回,焦维新也表示难度颇大。首先,探测器要先从火星表面起飞,然后与环绕在火星轨道上的母船交会对接。“尽管火星的引力场是地球的37%,但是依然需要很大的推力才能脱离。”焦维新说。另外,就是对接时如何精确控制。要知道,当时中国神州八号完成与空间站的对接是在距离地球350公里处,而对于距离相差几倍远的火星,控制更难。更令人头疼的是,口令的延时,这恐怕让对接过程只能依靠自动设备完成。
除了返回的过程复杂,取回的火星样品会不会把火星有害的物体带回地球,也是科学家们考虑的另一问题。庞之浩介绍说,当年阿波罗登陆归来后,航天员尚且被隔离查看有无有有害物质被带回。因此,面对火星这样的未知星球就更需要谨慎,“如果带回灾难性的生物就麻烦了”。
尽管发射上去的探测器无法取样,但是人类依旧得到了不少有用的信息,比如是否存在生命,是否有生命曾经存在的痕迹等等。之前,火星快车号在火星大气层内发现甲烷,对于科学家也是极大的鼓舞,因为甲烷可能是生命体释放聚集而成。
移民可能吗?
未来,人类可以移居至火星,这样的设想真的可以成真吗?2013年,荷兰非营利组织更是推出“移民火星计划”,即在2023年,通过一系列选拔和培训,将最终在申请者中挑选出2男2女共4人送去火星,成为火星首批居民,并且将永远居住在那里,在火星上建立人类的首个永久性定居点。焦维新认为,荷兰的这项计划“有点离奇”。“因为,荷兰本身就没有像样的航天事业,而且它从未向月球、火星发射过任何探测器。没有经过实验检验就直接进入载人阶段有些不太现实。”
庞之浩也认为,移民火星首先要突破的是“人要到火星上去”。因为就目前的技术而言,从地球到火星一个来回需要520天,这对人的生理、心理的影响都很大,还要解决长期辐射和长期生命保障等一系列复杂问题。如果能够缩短去火星的飞行时间,比如采用核动力飞船,将去火星的行程由10个月缩短至2个月,那么这些问题就简单得多。“但是核动力飞船研发本身也不容易,美国研究后发现核辐射的问题不容易解决,在核动力飞船内,每天的辐射量相当于拍摄8次X光片。不过,美国和俄罗斯都正在继续攻克这一难关。”庞之浩说。
焦维新曾经在他所著的《探索红色星球》中,提出过一个概念,叫“火星地球化”。但是他表示,如果真要把火星改造成适合人居住的话,年限是800年。“因为,火星没法和地球相比,有些方面可以改造,但是像引力、磁场、辐射等问题,人工没法改造。”焦维新说,“人类进入太空才50多年,难以想象500年后,科技会达到什么程度。但现在谈这些还为时尚早。”
回望火星探测来时路
一颗石头便能激起涟漪,人类对于火星投下“兴趣之石”的时间,几乎与人类刚刚有能力挣脱地球引力飞向太空的时间相同。
最早期的探测器几乎都失败了,但是这不能打击人类追求未知的决心,火星探测也就是在一次次的失败中不断前进,愈挫愈勇。
火星第一次露“真容”
1960年10月10日,前苏联向火星发射了第一枚探测器火星1A号。紧接着就在四天以后,第二枚火星探测器升空。然而这两枚火星探测的先行者却连地球轨道都没能到达。
1962年,当火星又一次运行到合适的位置时,前苏联的第三枚火星探测器升空了,然而这次它也是仅仅到达了环绕地球轨道而已。同年11月,前苏联向火星发射了火星1号,这枚探测器成功进入了往火星的轨道,并且计划于1963年6月19日到达火星,然而当1963年3月21日它飞行到距离地球1.06亿千米的距离时,却与地面永远失去了通信联系。三天以后,前苏联的又一枚探测器升空,这枚探测器同样面临着失败的命运,仅仅到达环绕地球轨道,就未能再次成功点火,两个月后堕入地球大气层烧毁。
两年后,美国“粉墨登场”,先后向火星发射了两枚探测器:水手3号和水手4号。水手3号的探测器偏离轨道,最终导致发射失败。而水手4号于12月28日发射升空,它的任务目标就是执行近距离火星科学观测,并将结果传回地球。1965年7月14日,水手4号回传了一张火星表面的照片,这是第一张从地球以外另外一个行星上拍的照片。这张充满了陨石坑、死寂世界的照片,震惊了科学界。接下来,水手4号又向地球传回了21张照片。它发回的数据表明,火星的大气密度远比此前人们认为的稀薄。然后,它环绕太阳轨道上花费三年时间对太阳风进行探测。
之后,前苏联和美国的几次尝试纷纷以失败告终。这种状况一直持续到上世纪70年代。
1971年,美国向火星发射了两枚探测器——水手8号和9号,尝试进入火星轨道,环绕火星飞行,以获取火星的高清晰照片。水手8号火箭“夭折”在大西洋。而水手9号则比它的兄弟们幸运得多,成为有史以来第一枚成功进入环绕火星轨道的探测器,1971年11月14日,水手9号终于到达火星,在火星轨道上工作了将近一年之久,发回了7000余张照片,覆盖了火星表面超过80%的部分,同时还对火星的卫星进行了探测。
无人探测器登场
与水手9号同一年飞向火星的还有前苏联的三枚探测器。其中,火星1号和2号不是失误就是失联而失败。只有火星3号成功在火星着陆,成为有史以来第一个成功在火星表面着陆的探测器,虽然它仅仅在火星上工作了大约20秒就永远与地球失去了通信联系。
1975年,美国国家航空航天局实施了“海盗号探测计划”,被称为“有史以来最为成功的火星探测计划之一”。它们由两部分组成,一个轨道器和一个着陆器。海盗1号于1975年8月20日发射升空,轨道器于次年6月19日进入环绕火星轨道,着陆器则于7月20日在火星表面成功着陆。海盗2号则在1975年9月9日发射升空,轨道器于次年进入环绕火星轨道,之后着陆器在火星表面成功着陆。海盗1号成为第一枚在火星上着陆,并且成功向地球发回照片的探测器。
海盗1号的轨道器在轨道上一直工作了5年,而着陆器使用核能作为电力来源,在火星表面正常工作超过6年,直到1982年11月13日错误指令导致失去通信联系为止。在很长一段时间内,海盗1号都是在火星表面存活时间最长的纪录保持者,直到2010年5月19日才由机遇号以2246个任务日的运转打破了海盗1号2245个任务日的纪录。海盗2号的轨道器在轨道上一直工作到1978年,而着陆器在火星表面正常工作了三年多的时间,直到1980年4月11日电池故障导致通讯联系中断。海盗号火星探测计划总共向地球发回了数万张高清晰照片。
多国参与探测火星
1988年,前苏联再次推出一个新的火星探测计划,将福波斯(Phobos)1号和福波斯2号探测器送入太空。然而尽管相隔15年之久,这两颗探测器依然没能逃脱失败的命运。
这场失败为人类在上世纪80年代对火星的探测画上了句号。当时间迈入20世纪的最后10年,除了美国和前苏联解体后更名的俄罗斯,日本也加入到火星探测的阵营,于1998年7月3日,发射了希望号。希望号在经历了几次失误后,终于在2003年被放弃。
21世纪来临后,世界各国纷纷加入探测火星的行列中。2003年,欧洲航天局的“火星快车”探测器发射升空,并于2004年公布发现火星南极存在冰冻水。后来,“火星快车”还在火星大气层内发现甲烷。
2011年11月9日,中国“萤火一号”火星探测器搭载在俄罗斯“福波斯-土壤”探测器内部,由俄罗斯“天顶号”运载火箭在哈萨克斯坦拜科努尔发射场点火发射,尽管这一探测行动最终失败,但是依然是中国向火星探测迈出的重要一步。而在2013年,印度政府也在民众对政府耗费巨资探索遥远的火星表示强烈不满中,将火星探测器曼加里安号发射升空。此时,曾经“试水”多年的美国和俄罗斯,分别宣称将在2020年和2025年把人类送上火星。(原鸣)
《中国科学报》 (2014-07-11 第14版 关注)