• 南方网

  • 南方日报

  • 南方都市报

  • 南方杂志

广州 深圳 珠海 汕头 佛山 韶关 河源 梅州 惠州 汕尾 东莞 中山 江门 阳江 湛江 茂名 肇庆 清远 潮州 揭阳 云浮
南方网> 南方快报

千年期许,六十载求索:人类探“火”路的过去与未来

2020-07-26 17:58 来源:南方网 徐勉 王诗堃 刘珩

  火星,这颗红色星体,一直深深吸引着人类。

  地球的孪生姐妹、人类的第二家园、星际移民的首选地……让火星成为太空探测的“热点”。

  60年前,人类便开启了火星探测之旅。60年,45次,成功率仅为43%。火星,远比想象的要难抵达。4亿公里的距离、着陆时的恐怖7分钟、测探时的种种关卡,让人类的火星之旅“步步惊心”。

  7月23日12时41分,长征五号遥四运载火箭托举着中国首次火星探测任务“天问一号”探测器,在我国文昌航天发射场点火升空,开启中国深空探测新阶段。

中国首次火星探测任务探测器“天问一号”成功发射现场

  而在今年7月底到8月初,26个月一遇的火星探测发射窗口,让各国扎堆“访问”火星。

  人类的火星情结

  春秋战国时,我国古人就注意到了火星。这颗星荧荧似火,行踪不定,被称为“荧惑”。

  现代以来,航空航天科学技术不断发展,但不变的是,人类的火星情结。

  “火星是人类最早关注到的星体之一”,中国科学院紫金山天文台近地天体望远镜团组首席科学家赵海斌告诉南方+记者。

  据统计,截至目前,全球火星探测共实施了45次。纵观航天史,人们对火星“情有独钟”。

  据赵海斌介绍,火星被称为地球的“孪生姐妹”,在形状、自转等方面都很像,这样的相似使得火星成为深空探测的“热点”。

  中科院紫金山天文台行星科学与深空探测实验室主任季江徽科普道,火星属于类地行星,两者几乎都形成于约45亿年前,组成结构也大致相同,有核、幔、壳。“这些行星为什么能形成这样的结构,火星探测解答这一问题,有助于人类了解太阳系早期行星演化的物理化学过程,追溯太阳系的演化。”

  据季江徽介绍,火星的自转方式与地球相似。一个火星日大约是24小时39分钟。而且火星和地球一样,也是倾斜着“身子”自转,它的自转轴与公转轨道面有一个25.19°的夹角,这意味着火星也有四季更迭,“火星距离太阳较远,因而公转轨道不同,因此火星上一年的长度约为地球的两倍。”

  季江徽告诉记者,因为火星与地球的相似性,人类通过火星探测了解太阳系的宜居环境,“火星探测可以研究太阳系行星的宜居性,需要什么条件,如行星离太阳的距离、生命发展所依赖的环境,像液态的水、大气等。”

  “火星上的水、大气等条件有成为‘宜居星球’的潜质,而且离地球比较近。”赵海斌认为,如果地球生命“要出去”,那么火星大概率是第一据点。

  “第二家园”这一诱惑实在太大。

  “离开地球的摇篮,人类希望在火星或其他星体找到一个可以拓展的空间”,季江徽表示,基于此,火星探测有两大方向,一是火星上有无生命体,或者曾经有无生命体;二是火星上有无水。

目前四种火星探测任务示意图

  走向深空,改造火星,是人类长久以来的愿望。据季江徽介绍,火星的大气和磁场等条件与地球有较大差异,“大气太稀薄、引力比较微弱,目前人如果想把火星当作‘第二家园’,需要把火星改造成第二个地球,或者在火星上制造一个封闭的空间,这是可以实现的,火星上有很多制氧的矿物。”

  同时,火星探测在一定程度上有助于人类分析和预测地球的未来。

  通过目前掌握的科学技术,人们发现火星与地球之间有着显著不同。火星表面呈现出红色,甚至在最明亮时宛如一颗火球。

  实际上,这红色并不是因为真正的火焰,相反,火星上温度极低,接近地球南极。之所以呈现红色,是火星的土壤富含氧化铁。这种土壤的形成,是风与水双重侵蚀作用产生的。

  一个曾经存在大量的水和大气的星球为何变成今天的模样?这将带来什么警示?人类的火星探测,也致力于解答此问题。

  “火星的水可能往上‘走’,蒸发了。也可能往下渗。”季江徽科普道,火星的大气没有地球那么厚,又因为火星引力相比地球要弱很多,因此束缚大气能力不强;此外由于火星没有全球性的磁场,太阳风可以直接抵达火星,将火星高层大气中的带电离子驱赶走,导致火星大气“逃逸了”。而此前的火星探测任务也发现了火星地表下有液态的湖泊,存在盐水。

  探“火”之旅步步惊心,目的地被称“探测器坟场”

  2020年,是人类踏上火星探险之旅的第60年。

  至今,全球共实施了45次探火活动:美国21次,苏俄19次,日本1次,欧洲2次,印度1次,阿拉伯联合酋长国1次。

  但成功率却不高。44次(阿联酋的“希望号”还未抵达火星)中完全成功的探测任务只有19次,成功率约43%。即使算部分成功,也仅仅只有23次,成功率约53%。

  探测火星,步步惊心。在业界,火星被称为“探测器坟场”。

  美苏争霸时期,两国都将火星作为目标之一,1960年10月,苏联向火星先后发射了两枚探测器“火星1A”号和“火星1B”号,但均宣告失败,“火星1B”号的火箭引擎甚至直接爆炸,空中落下的碎片污染了整个拜科努尔发射场。

  美国对火星的探索也是出师不利,1964年,美国国家航空航天局(NASA)发射了“水手3号”火星探测器,当穿过地球大气层时,探测器的一个保护盾未能推出,结果所有的探测仪器都没能打开,任务宣告失败。

  直到1964年10月,美国“火星4号”火星探测器向地球传回了人类史上第一张有关火星表面的最近距离的图像,同时还回传了500多万个比特的科学信息,开启了人类空间探索的新时代。

  据季江徽介绍,在火星探测早期,苏联的火星探测多为“硬着陆”,美国则多为“飞掠式”,失败率较高。

  21世纪以来,用轨道器探测火星迎来了黄金时代。美国、欧洲航天局相继成功发射了火星探测器。印度也加入其中,发射了首颗“火星轨道任务”探测器。

  然而,人类探测火星的征程并未就此一帆风顺。2011年,俄罗斯的“火卫一—土壤”星际探测器由于发动机出现故障,未能将其送入飞往火星的轨道,所搭载的中国火星探测器“萤火一号”也一同宣告“探火”失败。

  “人类每一次火星探测都是一座丰碑”,赵海斌告诉记者,火星距离地球最远约4亿公里,最近也要约5500万公里,对火星探测任务的发射、测控、着陆等环节技术都有很高要求。

  季江徽从“环”(环绕)、“落”(着陆)、“巡”(巡视)三个方面说明火星探测的难点,而我国首次火星探测任务“天问一号”则是计划通过一次发射,实现“环”“落”“巡”3个目标。

  “火星的引力场比地球小很多”,季江徽告诉记者,火星环绕器需要被火星捕获,这是火星探测的一大难关。从地火转移轨道进入火星环绕轨道前,还需要进行相应的姿态调控、轨道修正等操作。2003年,日本的“希望号”火星探测器无法进行轨道修正,因而没能进入监测轨道,宣告失败。

  火星着陆的过程被称为“恐怖7分钟”。这7分钟内,探测器要经历入轨、下降与着陆过程,速度将从2万公里/小时降到0。据悉,这段时间为“黑障区”,无线电中断、无法控制。赵海斌告诉记者,“着陆时,在测控上容易出现视觉盲区,一不小心探测器就跟丢了。”

好奇者号火星车降落火星过程

好奇者号火星车降落火星过程

  即便是顺利着陆,接下来的巡视也是火星探测的一大难关。“火星上的沙尘暴会对火星车造成极大的威胁,而且为了延长火星车的寿命,通过测控让其行驶于一个相对平坦的地形中,坑、石头、软地质等都可能成为探测的环境干扰。”

  季江徽称,火星车的信号是无法直接到达地球的,而是要通过环绕器。这要求火星车有应对火星恶劣气候和未知地形的技术与能力。

中国首次火星探测任务探测器“天问一号”成功发射

中国首次火星探测任务探测器“天问一号”成功发射

  各国抓住窗口期扎堆“探火”

  7月23日,我国在海南文昌成功发射了搭载着“天问一号”火星探测器的长征五号遥四运载火箭。

  而在3天前,7月20日,阿联酋的火星探测器“希望号”从日本种子岛宇宙中心升空。此外,美国的“毅力号”火星车也将于近日飞往火星。

  为何各国选择这时扎堆“奔赴”火星?

  在火星探测任务的轨道设计中,一项重要的工作是发射窗口的分析。

  “从一个星球飞到另一个星球,用航天的话来谈,就是需要一条转移轨道”,赵海斌介绍,而转移轨道对应着特定的“发射窗口”。

  这条轨道便是“地火转移轨道”。据赵海斌介绍,地火转移轨道与地球和火星各自的公转轨道的周期有关。再形象些,我们可以把地球和火星想象成围绕同一物体奔跑的运动员,速度不同,二者之间的距离时近时远,每26个月距离最近。

  “火星探测已经越来越精细化了”,赵海斌说如今的星探测中的采样已经是非常精细的火星研究,如采集火星土壤等。现在的火星研究致力于探索火星的有机物、水,甚至生命体的痕迹。

  而火星探测,只是深空探测其中一步。

  “我们要先追赶,然后实现超越。”季江徽告诉记者,我国在火星探测上暂时仍是“追赶者”。欧美国家在火星探测道路上领先几十年,今天中国开启火星探测第一步,不仅没有走前人的老路,更多的是提升自身科技实力,实现科技创新,“我们拥有独立知识产权,这说明我国航天能力有很大的提升。”

  “天问一号”于7月23日发射成功,通过一次航天发射,实现环绕、着陆和巡视三大任务,“我国的首次火星探测任务就是突破性的科技创新。”

  除了2020年发射首个火星探测器,我国将规划木星和小行星探测。赵海斌介绍,木星是太阳系最大的行星,且拥有丰富的卫星系统,研究木星系统,对理解太阳系演化过程具有重要的科学意义。

  “小行星也是很重要的探测对象”,赵海斌科普道,太阳系里的小行星很多,不少会来到地球周围,可能会对地球造成威胁。而且小行星的运行轨迹与八大行星相比更具有多样性,“比如偏心率很大,轨道距离时近时远。”

  走向深空,探索未知。季江徽眼中的深空探测很大程度上是人类好奇心的驱动,好奇宇宙的起源、好奇生命的起源、好奇人类的未来,“去火星,甚至去更远的地方。”

  南方日报记者 徐勉 王诗堃 刘珩 实习生 杨晨

  图片来源:中国国家航天局官网

编辑: 林涛

相关新闻

回到首页 回到顶部
回到首页 回到顶部

南方报业传媒集团简介- 网站简介- 广告服务- 招标投标- 物资采购- 联系我们- 法律声明- 友情链接

本网站由南方新闻网版权所有,未经授权禁止复制或建立镜像 广东南方网络信息科技有限公司负责制作维护

违法和不良信息举报电话:020-87373397 18122015029 18122015068

ICP备案号:粤B-20050235