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        2020, 從中國到火星!火星究竟有什么魅力?

        來源于: 熊雅穎 左維 李春來
        發布時間:2020-04-15 09:10:27
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        撰文?/?熊雅穎???左維???李春來(中國科學院國家天文臺)

        自古以來中國人便喜歡觀測火星,發現了許許多多與火星有關的天象。2020年,中國將首次自主發射火星探測器,踏出自主探測火星的第一步。中國的這次火星探測到底具有怎樣的意義呢?此次登上火星又肩負著怎樣的任務呢?就讓我們一起來看看吧。
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        火星,請回答
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        一直以來,人類在研究火星時遇到了許多科學問題,希望通過中國這次的火星探測任務,可以讓大家對火星有更深入的認識。
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        火星上是否存在生命?

        火星上是否和地球一樣,存在生命或者曾經發育過生命呢?水是生命之源,如果在火星探測到有水存在的證據,則可以加強火星存在生命的科學依據。中國首次自主火星探測可以通過搜尋水冰以及探測火星的形貌(如過去對火星表面的探測中發現了許多類似河道的形貌特征)來尋找水的蹤跡。通過探測火星表面物質組成,則可以分析其中是否有鹽類礦物,這也可以證明火星表面曾經有水的存在,因為鹽類礦物是水揮發后的殘留物。

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        由火星快車號所得數據構建出的具有水冰的火山撞擊坑景象(圖片來源/ESA)

        火星上是否存在,或曾經存在過生命?地球的未來又是否會像火星一樣呢?探究這些問題,對預測我們地球以及人類的未來和發展都有著很重要的意義。

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        火星的起源與演化歷程

        火星是類地行星,研究火星演化對探索包括地球在內的類地行星演化的共性有著十分重要的科學意義。

        火星的演化是一個十分復雜的過程,既有火星自身特性(如內部物理場與結構、地質構造和化學構成等)的演變,也有火星環境的演化(如火星大氣層、磁層、電離層等),火星獨特的地形地貌和物理特性,承載了其演化的豐富信息。中國首次自主火星探測將多方面探索火星演化歷程,并延伸到類地行星演化的共性與特性,以及太陽系的起源和演化。

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        火星上黑色的層狀沙丘(圖片來源/NASA)
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        ???我們能否改造火星

        火星和地球存在諸多相似之處:和地球一樣具有大氣層;有晝夜之分;也有一年四季的交替。因此,人們不禁好奇:人類今后是否有可能移民火星呢?然而,火星不利于人類生存的條件也非常明顯:火星上溫差比地球大得多;火星表面來自宇宙的輻射也比地球高;火星引力和大氣壓力都比地球小得多……

        因此,如果人類今后真的要移民火星,還需對其進行改造。要確定火星到底能否被改造成為宜居的綠色星球,前提是人類要對火星有全面的了解。中國首次自主火星探測將通過對火星表面土壤特征、物質組成、氣候與環境特征的探測,研究火星的自然環境,判斷人類改造火星的可能性。

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        藝術家虛構的火星基地

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        火星探測硬實力
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        探月工程的成功實施為中國首次自主火星探測打下了堅實的基礎,但是火星與月球環境差異非常大,這些差異使得火星探測任務的關鍵技術既有一定的繼承性,也有自己的特色。

        中國的火星探測器由兩部分組成,一部分是在火星上空環繞火星飛行的環繞器,另一部分是降落在火星表面“邊走邊探測”的著陸巡視器。環繞器在火星上空飛行,不僅可以對火星進行全球性的探測,還可以為火星表面的著陸巡視器提供中繼通信服務,搭建起地球與著陸巡視器的溝通橋梁。

        著陸巡視器由進入艙和火星車兩部分組成,進入艙幫助火星車著陸在火星表面,著陸后火星車便與進入艙分離,在火星表面進行巡視探測。這樣一來,環繞器和火星車就構成了對火星的“一天一地”多方位探測。中國這種同時實現環繞探測和巡視探測的方式,在國際上也是首次。

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        “登火”“登月”大不同
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        上面提到火星與月球環境差異非常大,因此火星探測與月球探測大有不同。

        首先,月球作為地球的衛星主要繞地球公轉,而火星是行星,與地球一樣繞太陽公轉。理論上,月球探測每個月都有發射機會,而火星探測需要地球與火星處在一個特定的相對位置,因此每26個月才出現一次發射機會。這些差異都要求在軌道設計和總體規劃方面具備更強的能力。

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        (圖片來源/ESA)

        其次,月球與地球的距離為36萬~40萬千米,而火星距離地球為5600萬~4億千米,地火最遠距離約為地月距離的1000倍,無線電信號從火星附近傳輸到地球最長需花費23分鐘。中國首次自主火星探測將使中國的深空探測能力提升至4億千米遠的空間。

        此外,火星上太陽輻射更加微弱,只有地球和月球的約43%。這對中國首次自主火星探測的探測器在太陽能的獲取和溫度控制等方面提出了更高的要求。

        最后,火星的大氣十分稀薄?;鹦潜砻娲髿饷芏燃s為地球的1%,同時存在強風和沙塵天氣,這些都使得在火星著陸更為困難和復雜。中國首次自主火星探測將突破火星環繞、著陸、巡視探測這類特殊關鍵技術。
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        隨著世界經濟、社會和科技的發展,人類對探索太陽系的起源與演化、尋找地外生命、拓展生存空間的需求越來越迫切,深空探測是人類探索宇宙奧秘、追尋生命起源的重要手段?;鹦亲鳛樵谔栂抵芯嚯x地球較近、自然環境與地球最為類似的行星,成為了人類走向深空的重要探測目標。

        中國首次自主火星探測不僅在于探究火星生命的存在和演化過程等問題,更可以借此了解地球的演化歷史和預測地球的未來變化趨勢,同時也為人類開辟新的生存空間尋找潛在的目標。探測和研究火星,最終目的是為了地球和人類,是為人類社會的可持續發展服務。隨著對火星認識的加深,也許有一天人類可以像電影《火星救援》里那樣,在火星基地里生活、工作、種土豆……

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