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新科普|“希望”号拉开火星探测大幕,移民火星可能吗?
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来源:上观新闻 作者:俞陶然 2020-07-20 20:01
摘要:作为太阳系中最像地球的行星,它经历过哪些沧海桑田?有没有孕育过生命?一系列问题叩问着人类的好奇心。

北京时间今天凌晨5时58分,阿拉伯联合酋长国“希望”号火星探测器在日本种子岛发射升空,成为今年火星探测窗口开启后,全球发射的第一个探测器。预计本周,我国首次火星探测任务“天问一号”将在海南文昌启程。探测火星有什么意义?什么是火星窗口?人类未来有可能移民火星吗?解放日报·上观新闻记者采访了天文专家。

火星环境对人类相对“友好”

火星是离太阳第四近的行星,属于类地行星。中国古人觉得它荧荧如火,位置、亮度经常变动,让人无法捉摸,故称之为“荧惑”。科普作家、中科院国家天文台客座研究员卞毓麟介绍,通过天文望远镜,可以看到火星呈橘红色,因为其地表广泛分布着氧化铁。在太阳系八大行星中,火星比水星略大,是第二小的行星。它的直径约为地球的一半,自转轴倾角、自转周期与地球相当,其一昼夜比地球上的一昼夜稍长,多出约37分钟,而绕太阳公转一周的时间是地球的2倍。

“人类已能登陆月球,但月球表面没有大气,是超高真空状态,所以不适合居住。”卞毓麟说,把眼光放得再远一些,考察地球的两个近邻行星——金星和火星。前者的环境对人类而言过于严酷,表面温度超过450℃,浓稠的大气中充满硫酸液滴。火星的环境则“友好”得多,有大气层,已发现水冰以及湖盆、河道的遗迹。

通过哈勃望远镜拍摄的火星(新华社/路透)

在整个太阳系中,火星是最适合人类居住的行星,但它的“友好”是相对的。上海市天文学会副秘书长施韡说,火星虽然有大气层,但主要成分是二氧化碳,占比高达95%,其余成分包括3%的氮气、1.6%的氩气、很少的氧气、水汽等。而且大气层非常稀薄,与地球上30多公里高空的大气压相仿。火星表面的温度也不太适宜人类居住,平均温度比地球低30℃以上。与地球一样,火星一年也有四季之分。夏季白天,赤道地区气温可超过20℃,但到了夜晚,就会骤降至-50℃以下。

由此可见,人类未来移民火星的难度非常大,需要浩大的工程改造这个星球的环境,并建立适合生存的大型基地。与其把火星打造成“第二个地球”,我们不如保护好地球环境,把一些人迹罕至的地方改造成宜居地,以此拓展人类的生存空间。

中国将一次性完成“绕落巡”

虽然移民火星难度很大,但这不会阻碍人类探测火星的脚步。作为太阳系中最像地球的行星,它经历过哪些沧海桑田?有没有孕育过生命?一系列问题叩问着人类的好奇心。

据施韡介绍,今天发射的“希望”号搭载了3种类型的传感器——测量行星尘埃和臭氧的高分辨率多波段成像仪、测量上下层大气层的红外光谱仪、测量氧气和氢气水平的紫外光谱仪。“希望”号将执行的任务包括:探测火星低空大气在全球尺度下的状态及其地理、日变化和季节变化;计算大气的热和光化学逃逸率;探测火星外逸层的空间结构和变化。“不太严谨地讲,这个探测器相当于一颗火星气象卫星。”

“希望”号火星探测器发射升空。新华社发

与之相比,“天问一号”的探测任务更复杂。中科院国家天文台研究员、科普作家郑永春说,“天问一号”将一次性完成“绕、落、巡”三大任务,即轨道器环绕火星、着陆器登陆火星、火星车巡视表面。“其他国家通过两三次任务才能实现的目标,中国将一次性完成,所以技术很复杂,任务难度很大。”

根据计划,“天问一号”将于2021年初抵达火星,择机释放“着巡组合体”,进入火星大气层并实现登陆。这个组合体携带的火星车搭载了多台仪器,用于探测火星表面的流水地貌、火山地貌、风蚀地貌等,分析物质成分并测量气象参数、探测地下结构。

长征五号遥四运载火箭转运至发射区,实施火星探测任务。新华社发

除了中国、阿联酋的火星探测,美国、欧盟、俄罗斯也瞄准了这次火星窗口期。美国的探测计划接二连三地出现小问题,已把发射时间推迟到7月30日。欧盟与俄罗斯的合作项目由于技术故障和疫情影响,已宣布推迟到下一个火星窗口。

“每隔26个月才会出现一次火星窗口期,每次时长一个月左右。今年的窗口是7月中旬到8月中旬。”郑永春解释说,火星与地球最远时的距离超过4亿公里,最近时相距约5500万公里,两者会合周期约为26.3个月,这是航天器飞往火星的窗口间隔时间。此外,因为火箭推力有限,航天器从地球飞往火星,要沿着抛物线的霍曼转移轨道才最省燃料。这条轨道由德国物理学家瓦尔特·霍曼提出,是一种变换航天器轨道的方案,途中只需两次引擎推进,能节省很多燃料。按照这个方案发射火星探测器,需要起飞时,火星处于地球前方约44°的相对位置。今年7月中旬至8月中旬符合这个条件,所以是一次宝贵的火星窗口期。

栏目主编:黄海华 题图来源:新华社
题图说明:“希望”号火星探测器发射升空。
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