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火星为什么成为深空探测首选目标原创火星探测

2022年09月18日 12:28   来源: 中国航天报

人类火星探测起步于20世纪60年代,苏联在1960年发射首颗火星探测器,此后经过60多年发展,从早期的飞越和环绕探测,到如今的着陆和巡视探测,火星已经成为人类探测最多、研究程度最高的类地行星。

火星也是当前太阳系探测和行星科学的焦点。火星探测对于研究太阳系早期历史、探索生命起源具有重要意义,对于认识和保护地球、拓展生存空间具有重要价值,有助于实现人类社会的可持续发展。

火星表面

火星的秘密很多

火星是地球的邻居,而且可能存在生命或适宜生命繁衍,因此成为太阳系最重要的探测目标。

火星距离太阳平均为228万千米,约是日地距离的1.5倍,它的体积是地球的1/4,重量是1/10,表面重力有地球的40%。夜空中的火星是一颗亮度变化很大的暗红色星球,像天边的篝火。

火星位于太阳系宜居带内,环境与地球非常相似,地表平均温度-55℃,白天可以达到28℃,夜晚低至-132℃。火星自转一周24.66小时,与地球的1天相差半个多小时,公转周期687天,相当于地球的1.9年,火星有四季变换,每个季节持续约6个月。火星上也有大气层,但非常稀薄,而且二氧化碳含量占了95%。

最重要的是,火星存在液态水。虽然现在火星表面完全干涸,但很多地区有流水侵蚀痕迹,纵横交错的河床显示,火星曾有大大小小的湖泊和海洋。2002年,美国宣布从火星南极图像和数据中发现大量的冰,2018年,科学家在火星南极冰盖下发现20公里宽的液态水。

人类探测火星的过程与月球相似,随着技术进步,正在按照环绕探测、着陆探测、巡视探测、采样返回和载人登陆的步骤逐渐深入。目前人类已经实现环绕探测、着陆探测和巡视探测,我国“天问一号”在一次任务中完成三个探测步骤,成就非常了不起。

天问一号着陆器

目前火星探测已经到了采样返回的阶段,我国“天问三号”探测器计划在2028年发射,要去火星采样。美国的毅力号火星车已经开始进行采样任务,不过这些珍贵样品要到2033年才能送回地球。

火星探测的科学意义大

太阳系的起源和演化、寻找地外生命和宜居环境、行星的起源和演化是当代太阳系探测的三大科学主题,而火星上蕴藏着珍贵线索。

为了探索太阳系的起源,人类不断寻找太阳系形成的早期物质和信息,这些在火星上都可能有所保留。在火星不同位置的采样分析,对火星形成过程、化学组成、内部分异的研究具有重要价值。

火星的起源和演化为我们提供了地球以外的行星样本。诸多迹象表明,很久以前,火星具有适宜生命存在的环境,在经历几十亿年的演化后变成现在的不毛之地。此外,火星磁场非常微弱,无法阻挡太阳风高能粒子对星球表面的侵袭,火星上空的大气同样存在臭氧层空洞。

这些现象和问题,对于我们研究磁场演变以及磁场对星球的作用、地球臭氧层空洞的影响等很有参考价值,对于我们正确认识地球环境的变化趋势,保护地球环境具有重要意义。

火星探测最重要的方向还是寻找生命痕迹。根据当前研究成果,生命诞生的基本条件是液态水、能量和构成生命的基本元素。目前我们已经发现火星以极地冰和地下水形式存在的水资源,发现大气里的甲烷。火星长期位于太阳系宜居带,温度、大气都为生命培育提供了适宜条件,是我们在宇宙中最近的可以找到外星生命的地方。

如果找到生命证据,将会对人类如何认知宇宙生命产生重要影响。无数恒星和行星遍布宇宙空间,生命是否普遍存在?如果环境适宜并具备基本条件,生命就会产生,宇宙将比我们想象的更加热闹,而这个秘密可能很快就在火星揭晓。

可以牵引科技发展

火星探测是一项多学科交叉、技术高度集成的系统工程,其关键技术的突破,将带动空间天文学、空间物理学、空间材料科学等基础领域的创新发展,探测成果将会促进行星学、宇宙学、火星生命学等学科进步,这些学科的进展又将带动更多的基础学科交叉、渗透和共同发展。

火星探测还是当今世界最前沿的科技创新活动。与登月相比,火星与地球距离更加遥远,环境更加陌生,实施难度和技术挑战骤升,已经成为国际空间技术战略制高点和行星探测的首要目标。

目前人类共开展过47次火星探测任务,成功率约53%,随着航天科技能力不断提升,2000年以后的成功率提升到约80%。即便如此,全世界也只有美国、苏联、欧盟、印度、阿联酋等寥寥几个国家实现了火星探测,能够在火星着陆的只有美国和中国。可以说,火星探测是国家航天能力的试金石。

“天问一号”实施前,我国对火星无实际飞行经验,无一手环境数据,未提前发射火星中继卫星,而在一次任务中实现了火星环绕、着陆、巡视三大目标。“天问一号”系统非常复杂,任务起点高,技术跨越大。

这项任务的成功实施,是集中全国各方面科研力量,集智攻关、突破创新的结果,也是我国在大推力火箭、深空测控、轨道设计、高精度飞行控制、深空自主导航、地外天体着陆等技术逐渐发展成熟的结果,代表我国已跻身全球深空探测先进者行列。

太空移民的首选地

如今我们处于一个科技空前发达、物质极大丰富、人口迅速增长、社会高度文明的崭新时代,同时也面临着新的重大危机,如气候异常、环境污染、人口爆炸、能源危机等。解决这些问题有两种途径,一是加强治理,保护环境,限制人口,实现有限资源条件下的可持续发展;二是冲出地球,开辟新天地,拓展人类整体生存空间。

人类探索宇宙空间的终极目标就是走第二条路,开拓生存空间。随着火星探测和研究的不断深入,那里将是人类太空移民的首选地。

在火星表面的美国火星直升机

火星目前的环境还非常恶劣,无法满足人类基本生存需求,大气太稀薄、氧气含量低、昼夜温差大。但火星优势更多,它是离人类最近的星球之一,拥有支持生命所需的所有资源。

科学家们提出设想,通过进一步增强火星温室效应,提高表面温度,形成地表水流,培育能进行光合作用的菌类和苔藓,逐步开展植树造林计划,改变火星大气的成分。经过一到两个世纪的不懈努力和改天换地,可以把火星改造成世外桃源,变成人类的第二家园。

这一切的实现都依赖于人类对火星的详细探测,我们要调查火星的矿物岩石,分析火星资源分布和环境特点,为未来大规模登陆火星和资源利用打下基础。今天我们已经向这个美好未来迈出了第一步,正如100多年前,人们难以想象可以坐着宽敞的飞机,横跨大洋去另一个大陆,也许100年后,任何一个地球人都可以坐着航班抵达火星。

编辑:李娜   审核:钱洪涛   终审:于衍来

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