火星，在英語中被稱為瑪爾斯（Mars，意為戰(zhàn)神），古漢語中則因?yàn)樗鼰蔁扇缁?，位置、亮度時常變動讓人無法捉摸而稱之為“熒惑”?；鹦堑幕鸺t色，自古就吸引著人們。除了絢麗的外表，火星因其“類地”的內(nèi)在，更吸引著現(xiàn)代科學(xué)家。
■本報(bào)見習(xí)記者 袁一雪
浩渺星空，擁有無數(shù)反射著太陽光的星體，其中有一顆，人類傾注了巨大的人力物力去研究。它就是離太陽第四近的行星、四顆類地行星之一的火星。
2011年，著名物理學(xué)家史蒂芬·霍金曾對媒體稱地球終將被毀滅，而人類要想繼續(xù)存活只有一條路：移民外星球。霍金說：“人類已經(jīng)步入越來越危險(xiǎn)的時期，我們已經(jīng)歷了多次事關(guān)生死的事件。由于人類基因中攜帶‘自私、貪婪’的遺傳密碼，人類對于地球的掠奪日盛，資源正在一點(diǎn)點(diǎn)耗盡，人類不能把所有的雞蛋都放在一個籃子里，所以，不能將賭注放在一個星球上?！?/span>
那么另外一個放雞蛋的籃子在哪兒？科學(xué)家們幾乎一致認(rèn)為，是火星。于是，這顆外表奔放，內(nèi)心保守的古老星球，得到了來自“鄰居”的關(guān)注。
為什么是火星？
太陽系擁有八個行星，按照離太陽的距離從近到遠(yuǎn)，依次為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。“八個行星中，包括地球在內(nèi)有四個類地行星。其中，水星非常熱，而金星的大氣壓是地球的92倍?！北本┐髮W(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院教授焦維新向《中國科學(xué)報(bào)》記者解釋道，“雖然火星的大氣壓只有地球的0.1，但是火星自轉(zhuǎn)一天的時間與地球接近。其外部同樣有大氣層環(huán)繞?！?/span>
如果繼續(xù)深挖火星與地球相似的淵源，恐怕還要從太陽系形成之初說起。國家天文臺研究員王俊杰告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，盡管太陽系的形成過程已經(jīng)無法看到，但是從其他恒星的形成過程，不難窺探一二。“恒星形成于分子云中。分子云在宇宙中，相當(dāng)于我們看到的天上的烏云。只不過，分子云中包括分子氣體和塵埃等。分子云因引力作用密度逐漸升高而造成塌縮形成原恒星, 原恒星周圍形成吸積物質(zhì)的轉(zhuǎn)動吸積盤。”王俊杰表示，“在吸積盤轉(zhuǎn)動的過程中，又形成若干環(huán)，這些環(huán)中的物質(zhì)在萬有引力作用下逐漸凝聚成行星。也就是說恒星形成的同時，圍繞在其周圍的行星也就形成了?！?/span>
既然在同一個分子云中形成，就決定了地球與火星的大致成分和比例都相似。王俊杰解釋說，從實(shí)際觀測結(jié)果看，科學(xué)家們也認(rèn)為在遙遠(yuǎn)的過去，火星與地球的物質(zhì)狀態(tài)相似，有些歷史過程也相似。比如，都擁有或曾經(jīng)擁有海洋、火山等。只是因?yàn)榕c太陽距離不同，導(dǎo)致環(huán)境相差比較多。
現(xiàn)實(shí)的火星上環(huán)境惡劣，這點(diǎn)從美國探測器發(fā)回的照片中一覽無余?！暗侥壳盀橹梗瑳]有發(fā)現(xiàn)大量的液態(tài)水，也沒有發(fā)現(xiàn)生命的痕跡。而且火星的大氣層非常稀薄，有科學(xué)家認(rèn)為是太陽風(fēng)所致，但是具體是什么原因還需要繼續(xù)探究?！苯咕S新說， “火星距離地球的距離最長可達(dá)4億公里，但是最近的時候則不到5600萬公里，我們稱之為‘大沖’。”王俊杰說。每個大沖一般間隔26個月。由此看來火星恐怕是人類近期“移居”最好的選擇?！岸?，人類對于火星的研究對于了解地球本身也具有一定意義?！苯咕S新表示，“特別是對保護(hù)我們地球，如何防止地球進(jìn)一步惡化，都有借鑒意義。”
了解火星需要幾步？
人類對火星的渴望并非近幾年的事，早在上世紀(jì)60年代，美國和前蘇聯(lián)就開始了關(guān)于火星的探索。
“人類對火星的探測過程，其實(shí)和探測月球一樣，都是繞、落、回三步。現(xiàn)在，繞和落的問題已經(jīng)解決，只有回的問題懸而未決?！薄秶H太空》雜志執(zhí)行主編、空間技術(shù)專家龐之浩對《中國科學(xué)報(bào)》記者解釋道。目前，人類針對火星的探測包括發(fā)射軌道器和著陸器?！吧鲜兰o(jì)90年代，美國開始實(shí)施火星生命計(jì)劃，將軌道器和著陸器同時發(fā)射升空。經(jīng)歷了兩次失敗后，美國采取了分開發(fā)送的方法?！饼嬛普f，“也就是在某一個火星大沖時發(fā)射軌道器。然后通過軌道器觀測著陸器著陸的最佳位置，再在之后的大沖時發(fā)射著陸器?！本凸δ芏裕壍榔鲀A向于普查火星情況，而著陸器則是對局部區(qū)域的詳查。
2001年，美國發(fā)射的“火星奧德賽軌道器”就是成功的范例。它身兼數(shù)職，不僅對火星進(jìn)行普查，同時還是火星的中繼衛(wèi)星?！耙?yàn)榛鹦侵懫靼l(fā)送的信號弱，指揮員往往會把信號先傳導(dǎo)至火星軌道器，再傳回地球。”龐之浩說，“而且，美國‘火星勘測軌道器’‘火星奧德賽’提供的照片，為機(jī)遇號和好奇號在火星的著陸點(diǎn)提供了依據(jù)?！?/span>
不論是機(jī)遇號還是好奇號，甚至是之前美國發(fā)射的軌道器和著陸器，“它們每個上天都是有目的的?！苯咕S新表示，“比如，為了探究火星氣體稀薄的原因，美國就發(fā)射了一個軌道器，專門探測太陽風(fēng)的電離作用。而且預(yù)計(jì)到2020年，美國還將發(fā)射一個比好奇號更大的探測器，可以鉆入火星內(nèi)部探測?！?/span>
至于取樣返回，焦維新也表示難度頗大。首先，探測器要先從火星表面起飛，然后與環(huán)繞在火星軌道上的母船交會對接?！氨M管火星的引力場是地球的37%，但是依然需要很大的推力才能脫離?！苯咕S新說。另外，就是對接時如何精確控制。要知道，當(dāng)時中國神州八號完成與空間站的對接是在距離地球350公里處，而對于距離相差幾倍遠(yuǎn)的火星，控制更難。更令人頭疼的是，口令的延時，這恐怕讓對接過程只能依靠自動設(shè)備完成。
除了返回的過程復(fù)雜，取回的火星樣品會不會把火星有害的物體帶回地球，也是科學(xué)家們考慮的另一問題。龐之浩介紹說，當(dāng)年阿波羅登陸歸來后，航天員尚且被隔離查看有無有有害物質(zhì)被帶回。因此，面對火星這樣的未知星球就更需要謹(jǐn)慎，“如果帶回災(zāi)難性的生物就麻煩了”。
盡管發(fā)射上去的探測器無法取樣，但是人類依舊得到了不少有用的信息，比如是否存在生命，是否有生命曾經(jīng)存在的痕跡等等。之前，火星快車號在火星大氣層內(nèi)發(fā)現(xiàn)甲烷，對于科學(xué)家也是極大的鼓舞，因?yàn)榧淄榭赡苁巧w釋放聚集而成。
移民可能嗎？
未來，人類可以移居至火星，這樣的設(shè)想真的可以成真嗎？2013年，荷蘭非營利組織更是推出“移民火星計(jì)劃”，即在2023年，通過一系列選拔和培訓(xùn)，將最終在申請者中挑選出2男2女共4人送去火星，成為火星首批居民，并且將永遠(yuǎn)居住在那里，在火星上建立人類的首個永久性定居點(diǎn)。焦維新認(rèn)為，荷蘭的這項(xiàng)計(jì)劃“有點(diǎn)離奇”?！耙?yàn)?，荷蘭本身就沒有像樣的航天事業(yè)，而且它從未向月球、火星發(fā)射過任何探測器。沒有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)就直接進(jìn)入載人階段有些不太現(xiàn)實(shí)?！?/span>
龐之浩也認(rèn)為，移民火星首先要突破的是“人要到火星上去”。因?yàn)榫湍壳暗募夹g(shù)而言，從地球到火星一個來回需要520天，這對人的生理、心理的影響都很大，還要解決長期輻射和長期生命保障等一系列復(fù)雜問題。如果能夠縮短去火星的飛行時間，比如采用核動力飛船，將去火星的行程由10個月縮短至2個月，那么這些問題就簡單得多?！暗呛藙恿︼w船研發(fā)本身也不容易，美國研究后發(fā)現(xiàn)核輻射的問題不容易解決，在核動力飛船內(nèi)，每天的輻射量相當(dāng)于拍攝8次X光片。不過，美國和俄羅斯都正在繼續(xù)攻克這一難關(guān)。”龐之浩說。
焦維新曾經(jīng)在他所著的《探索紅色星球》中，提出過一個概念，叫“火星地球化”。但是他表示，如果真要把火星改造成適合人居住的話，年限是800年?！耙?yàn)椋鹦菦]法和地球相比，有些方面可以改造，但是像引力、磁場、輻射等問題，人工沒法改造。”焦維新說，“人類進(jìn)入太空才50多年，難以想象500年后，科技會達(dá)到什么程度。但現(xiàn)在談這些還為時尚早?！?/span>
回望火星探測來時路
一顆石頭便能激起漣漪，人類對于火星投下“興趣之石”的時間，幾乎與人類剛剛有能力掙脫地球引力飛向太空的時間相同。
最早期的探測器幾乎都失敗了，但是這不能打擊人類追求未知的決心，火星探測也就是在一次次的失敗中不斷前進(jìn)，愈挫愈勇。
火星第一次露“真容”
1960年10月10日，前蘇聯(lián)向火星發(fā)射了第一枚探測器火星1A號。緊接著就在四天以后，第二枚火星探測器升空。然而這兩枚火星探測的先行者卻連地球軌道都沒能到達(dá)。
1962年，當(dāng)火星又一次運(yùn)行到合適的位置時，前蘇聯(lián)的第三枚火星探測器升空了，然而這次它也是僅僅到達(dá)了環(huán)繞地球軌道而已。同年11月，前蘇聯(lián)向火星發(fā)射了火星1號，這枚探測器成功進(jìn)入了往火星的軌道，并且計(jì)劃于1963年6月19日到達(dá)火星，然而當(dāng)1963年3月21日它飛行到距離地球1.06億千米的距離時，卻與地面永遠(yuǎn)失去了通信聯(lián)系。三天以后，前蘇聯(lián)的又一枚探測器升空，這枚探測器同樣面臨著失敗的命運(yùn)，僅僅到達(dá)環(huán)繞地球軌道，就未能再次成功點(diǎn)火，兩個月后墮入地球大氣層燒毀。
兩年后，美國“粉墨登場”，先后向火星發(fā)射了兩枚探測器：水手3號和水手4號。水手3號的探測器偏離軌道，最終導(dǎo)致發(fā)射失敗。而水手4號于12月28日發(fā)射升空，它的任務(wù)目標(biāo)就是執(zhí)行近距離火星科學(xué)觀測，并將結(jié)果傳回地球。1965年7月14日，水手4號回傳了一張火星表面的照片，這是第一張從地球以外另外一個行星上拍的照片。這張充滿了隕石坑、死寂世界的照片，震驚了科學(xué)界。接下來，水手4號又向地球傳回了21張照片。它發(fā)回的數(shù)據(jù)表明，火星的大氣密度遠(yuǎn)比此前人們認(rèn)為的稀薄。然后，它環(huán)繞太陽軌道上花費(fèi)三年時間對太陽風(fēng)進(jìn)行探測。
之后，前蘇聯(lián)和美國的幾次嘗試紛紛以失敗告終。這種狀況一直持續(xù)到上世紀(jì)70年代。
1971年，美國向火星發(fā)射了兩枚探測器——水手8號和9號，嘗試進(jìn)入火星軌道，環(huán)繞火星飛行，以獲取火星的高清晰照片。水手8號火箭“夭折”在大西洋。而水手9號則比它的兄弟們幸運(yùn)得多，成為有史以來第一枚成功進(jìn)入環(huán)繞火星軌道的探測器，1971年11月14日，水手9號終于到達(dá)火星，在火星軌道上工作了將近一年之久，發(fā)回了7000余張照片，覆蓋了火星表面超過80%的部分，同時還對火星的衛(wèi)星進(jìn)行了探測。
無人探測器登場
與水手9號同一年飛向火星的還有前蘇聯(lián)的三枚探測器。其中，火星1號和2號不是失誤就是失聯(lián)而失敗。只有火星3號成功在火星著陸，成為有史以來第一個成功在火星表面著陸的探測器，雖然它僅僅在火星上工作了大約20秒就永遠(yuǎn)與地球失去了通信聯(lián)系。
1975年，美國國家航空航天局實(shí)施了“海盜號探測計(jì)劃”，被稱為“有史以來最為成功的火星探測計(jì)劃之一”。它們由兩部分組成，一個軌道器和一個著陸器。海盜1號于1975年8月20日發(fā)射升空，軌道器于次年6月19日進(jìn)入環(huán)繞火星軌道，著陸器則于7月20日在火星表面成功著陸。海盜2號則在1975年9月9日發(fā)射升空，軌道器于次年進(jìn)入環(huán)繞火星軌道，之后著陸器在火星表面成功著陸。海盜1號成為第一枚在火星上著陸，并且成功向地球發(fā)回照片的探測器。
海盜1號的軌道器在軌道上一直工作了5年，而著陸器使用核能作為電力來源，在火星表面正常工作超過6年，直到1982年11月13日錯誤指令導(dǎo)致失去通信聯(lián)系為止。在很長一段時間內(nèi)，海盜1號都是在火星表面存活時間最長的紀(jì)錄保持者，直到2010年5月19日才由機(jī)遇號以2246個任務(wù)日的運(yùn)轉(zhuǎn)打破了海盜1號2245個任務(wù)日的紀(jì)錄。海盜2號的軌道器在軌道上一直工作到1978年，而著陸器在火星表面正常工作了三年多的時間，直到1980年4月11日電池故障導(dǎo)致通訊聯(lián)系中斷。海盜號火星探測計(jì)劃總共向地球發(fā)回了數(shù)萬張高清晰照片。
多國參與探測火星
1988年，前蘇聯(lián)再次推出一個新的火星探測計(jì)劃，將福波斯（Phobos）1號和福波斯2號探測器送入太空。然而盡管相隔15年之久，這兩顆探測器依然沒能逃脫失敗的命運(yùn)。
這場失敗為人類在上世紀(jì)80年代對火星的探測畫上了句號。當(dāng)時間邁入20世紀(jì)的最后10年，除了美國和前蘇聯(lián)解體后更名的俄羅斯，日本也加入到火星探測的陣營，于1998年7月3日，發(fā)射了希望號。希望號在經(jīng)歷了幾次失誤后，終于在2003年被放棄。
21世紀(jì)來臨后，世界各國紛紛加入探測火星的行列中。2003年，歐洲航天局的“火星快車”探測器發(fā)射升空，并于2004年公布發(fā)現(xiàn)火星南極存在冰凍水。后來，“火星快車”還在火星大氣層內(nèi)發(fā)現(xiàn)甲烷。
2011年11月9日，中國“螢火一號”火星探測器搭載在俄羅斯“福波斯-土壤”探測器內(nèi)部，由俄羅斯“天頂號”運(yùn)載火箭在哈薩克斯坦拜科努爾發(fā)射場點(diǎn)火發(fā)射，盡管這一探測行動最終失敗，但是依然是中國向火星探測邁出的重要一步。而在2013年，印度政府也在民眾對政府耗費(fèi)巨資探索遙遠(yuǎn)的火星表示強(qiáng)烈不滿中，將火星探測器曼加里安號發(fā)射升空。此時，曾經(jīng)“試水”多年的美國和俄羅斯，分別宣稱將在2020年和2025年把人類送上火星。（原鳴）
《中國科學(xué)報(bào)》 (2014-07-11 第14版 關(guān)注)
