火星真的適合人類(lèi)居住嗎？我們探測(cè)火星是為了移民嗎？費(fèi)事費(fèi)力探火星真的值得嗎？
地球、火星是離太陽(yáng)第三、四近的行星，火星在地球運(yùn)轉(zhuǎn)軌道外側(cè)陪伴了我們億萬(wàn)年。因表面覆蓋著大量赤鐵礦，火星又有“紅色星球”之美譽(yù)。在太陽(yáng)系八大行星中，火星的特征與地球最相似，也是在不久的將來(lái)人類(lèi)可能登陸的唯一行星。火星是我們?nèi)庋劭煽吹降男行?，在夜空下，它多呈現(xiàn)橘紅色且霧蒙蒙的，這是因其表面覆蓋著大量赤鐵礦、大氣中彌漫著塵埃所致，加之運(yùn)動(dòng)軌跡、亮度時(shí)常變化，令人迷惑，中國(guó)古代稱(chēng)它為“熒惑”，有“熒熒之火，離離亂惑”之意。古代西方人因其火紅色的外表，稱(chēng)之為“戰(zhàn)神”。1609年意大利科學(xué)家伽利略發(fā)明了天文望遠(yuǎn)鏡，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)用科學(xué)儀器研究火星的先河。這一年，德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒計(jì)算出火星是沿著一個(gè)橢圓軌道環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行，太陽(yáng)位于該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上，且此論斷對(duì)其他行星也都適用，這就是著名的“開(kāi)普勒第一定律”。當(dāng)某外行星（火星、木星、土星、天王星、海王星）繞日公轉(zhuǎn)時(shí)與地球、太陽(yáng)在一條直線上，且地球恰好位于太陽(yáng)和外行星之間時(shí)，這種天文現(xiàn)象叫“沖(chòng)日”，簡(jiǎn)稱(chēng)“沖”。火星沖日大約每隔2年（約780天）發(fā)生1次，是觀測(cè)火星的最佳時(shí)機(jī)。但每次沖日火星與地球間的距離都不同，距離最近的沖日稱(chēng)為火星大沖，每15或17年才會(huì)發(fā)生一次。上次大沖是在2018年7月27日，下次要等到2035年9月16日。大沖時(shí)，火星的亮度可達(dá)－2.9等（“等”是星星的亮度等級(jí)，數(shù)值越小，亮度越大），是全天所有行星中最亮的一顆星，這也是為什么早期關(guān)于火星的重大發(fā)現(xiàn)幾乎都發(fā)生在火星大沖時(shí)的原因。1659年，荷蘭科學(xué)家惠更斯繪制出世界上第一幅有火星表面特征的圖，因外形酷似沙漏，被稱(chēng)為“沙漏”，即今天的大瑟提斯高原，一片直徑為1300多公里的黑色玄武巖地區(qū)。同年，他成功測(cè)量出火星的自轉(zhuǎn)周期為24小時(shí)40分鐘（實(shí)際為24小時(shí)37分鐘）。1672年火星大沖時(shí)，惠更斯又發(fā)現(xiàn)了火星的白色極冠。1784年，英國(guó)天文學(xué)家赫歇爾發(fā)現(xiàn)火星的自轉(zhuǎn)軸傾角是25.2°（實(shí)際為25.19°）。隨著天文望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的不斷提高，觀察火星的人越來(lái)越多，他們看到了許多令人遐想的圖像，如火星上有些地方的顏色不斷變化，于是猜測(cè)是火星植物的生長(zhǎng)隨季節(jié)而變化；又如火星極冠的白色區(qū)域面積一年之間也有變化，便聯(lián)想到地球兩極冰層的季節(jié)變化。
惠更斯使用自己設(shè)計(jì)的“空中望遠(yuǎn)鏡”（無(wú)管、長(zhǎng)焦距、可消色差）觀測(cè)星空1877年火星大沖時(shí)，意大利天文學(xué)家喬范尼·夏帕雷利（Giovanni Schiaparelli）觀測(cè)到火星上有一條條直的暗線把暗區(qū)連成一大片，就像地球上的海峽連結(jié)著大海，他認(rèn)為這些暗線是火星的“Canali”（水道）。但這個(gè)意大利語(yǔ)單詞翻譯成英語(yǔ)文時(shí)，被誤譯成“Canals”（運(yùn)河）。這兩個(gè)詞有著本質(zhì)的區(qū)別，水道可能是自然形成的，而運(yùn)河一定是人工修建的，也就意味著有火星人。此后，美國(guó)天文學(xué)家珀西瓦爾·洛厄爾（Percival Lowell）用了15年時(shí)間仔細(xì)觀測(cè)火星，得出了驚人的結(jié)論——火星上有500多條運(yùn)河。他還寫(xiě)了好幾本有關(guān)火星的書(shū)，經(jīng)媒體渲染后，在社會(huì)上引起火星人大發(fā)酵。不過(guò)多數(shù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶煳膶W(xué)家并不支持“火星人”一說(shuō)，認(rèn)為洛厄爾的結(jié)論純屬視覺(jué)誤導(dǎo)所致，因?yàn)樗麄儾](méi)有觀測(cè)到任何運(yùn)河。美國(guó)天文學(xué)家洛厄爾用天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)火星其實(shí)，盡管火星大沖時(shí)距離地球比較近，但仍有至少5000萬(wàn)公里的距離，加上地球和火星上都有大氣干擾，天文望遠(yuǎn)鏡的倍數(shù)再大，從地球上觀測(cè)，也只能看到火星的兩極和輪廓。若想徹底揭開(kāi)火星之謎，還有待科技的進(jìn)一步發(fā)展。1960年10月10日，蘇聯(lián)發(fā)射了人類(lèi)首顆火星探測(cè)器，標(biāo)志著人類(lèi)對(duì)火星的探索進(jìn)入空間時(shí)代。遺憾的是，這顆探測(cè)器連地球軌道都沒(méi)到達(dá)。火星探測(cè)器是用來(lái)探測(cè)火星的航天器，根據(jù)探測(cè)任務(wù)與火星的位置關(guān)系可分為飛掠、環(huán)繞器、著陸器、巡視器四大類(lèi)。飛掠、環(huán)繞、著陸、巡視探測(cè)器示意圖飛掠是指從火星附近飛速掠過(guò)時(shí)對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)的探測(cè)器，有效觀測(cè)時(shí)間通常為1天，隨后滑入深空。這種探測(cè)對(duì)變軌技術(shù)要求較低，主要用于火星探測(cè)初期。1964年11月28日美國(guó)發(fā)射的“水手4號(hào)”即屬于飛掠探測(cè)器，它于1965年7月14~15日飛掠火星，最近距離約為1萬(wàn)公里，是人類(lèi)最先到達(dá)火星的探測(cè)器。從“水手4號(hào)”傳回的22張火星表面照片，人們觀察到了大小不等的環(huán)形山等地貌；同時(shí)，“水手4號(hào)”發(fā)現(xiàn)火星的大氣密度較低、存在電離層、沒(méi)有較強(qiáng)的內(nèi)稟磁場(chǎng)（行星內(nèi)部自發(fā)發(fā)生、保持和改變的磁場(chǎng)），因此不存在磁層中的輻射帶。這些發(fā)現(xiàn)都與人們之前設(shè)想的情況相反。人類(lèi)最先到達(dá)火星的探測(cè)器“水手4號(hào)” 通過(guò)直徑64米的“火星天線”（左）接收到的“水手4號(hào)”探測(cè)器飛掠火星時(shí)發(fā)回的第一張圖片（右）。環(huán)繞器是被火星捕獲進(jìn)入火星近火軌道、環(huán)繞火星運(yùn)行的人造衛(wèi)星。美國(guó)于1971年5月30日發(fā)射的“水手9號(hào)”是第一個(gè)成功進(jìn)入火星軌道、繞火星轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)繞探測(cè)器。它通過(guò)變軌進(jìn)入距離火星表面約1300公里的軌道上，發(fā)現(xiàn)了火星地貌的南北半球不對(duì)稱(chēng)性：南半球存在大量古老的隕石坑，北半球地勢(shì)相對(duì)平坦，兩種地貌的交匯處是不規(guī)則的陡坡和矮山?！八?號(hào)”還發(fā)現(xiàn)，南半球存在酷似干涸河床的地貌，表明火星上可能曾經(jīng)有河流。“水手9號(hào)”是第一個(gè)成功進(jìn)入火星軌道、繞火星轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)繞探測(cè)器。 “水手9號(hào)”發(fā)現(xiàn)南半球有酷似干涸河床的地貌，表明火星上可能曾經(jīng)有河流。著陸器是軟著陸于火星表面、進(jìn)行固定位置探測(cè)的人造衛(wèi)星。1976年7月20日，美國(guó)“海盜1號(hào)”探測(cè)器成功軟著陸在火星表面，第一張地表照片從著陸后25秒開(kāi)始傳送。9月3日，“海盜2號(hào)”也成功著陸。兩臺(tái)著陸器觀察到火星上有許多巨大的沙丘和丘陵，還記錄下兩次全球性的塵暴天氣。“海盜1號(hào)”由2.3噸的軌道艙和1.1噸的著陸艙組成探測(cè)器的發(fā)射是需要發(fā)射窗口的。地球和火星都在圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，兩者的相對(duì)位置不斷變化。從地球的視角看，大約每隔26個(gè)月（約780天）才能和火星最接近一次，這個(gè)時(shí)間又稱(chēng)會(huì)合周期，即每26個(gè)月出現(xiàn)一次寶貴的火星探測(cè)發(fā)射窗口期。從1996年起，美國(guó)幾乎每個(gè)發(fā)射窗口期都會(huì)向火星發(fā)射一對(duì)探測(cè)器，一臺(tái)在火星上著陸，對(duì)火星的各個(gè)特性進(jìn)行細(xì)致的就地探測(cè)；另一臺(tái)圍繞火星飛行，使科學(xué)家們獲取對(duì)火星全球特征的認(rèn)識(shí)。1997年7月4日，美國(guó)“火星探路者號(hào)”探測(cè)器攜帶“旅居者號(hào)”巡視器（可在火星表面自由行動(dòng)的火星漫游車(chē)以及未來(lái)的載人火星飛船等，又稱(chēng)火星車(chē)）在火星降落，這是人類(lèi)送往火星的第一部火星車(chē)。盡管它只前行了100多米，意義卻猶如人類(lèi)在月球留下的第一個(gè)腳印。通過(guò)對(duì)“旅居者號(hào)”反饋回來(lái)的圖片與數(shù)據(jù)匯總研究，科學(xué)家們更加確信火星上曾經(jīng)有水存在。“旅居者號(hào)”是人類(lèi)送往火星的第一部火星車(chē)火星車(chē)相比以往的探測(cè)器，最大優(yōu)勢(shì)在于可隨處移動(dòng)，意義不言而喻。因此，火星車(chē)是近些年火星探測(cè)的核心，復(fù)雜程度越來(lái)越高，待機(jī)工作時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)。由于無(wú)需攜帶固定著陸器的相關(guān)設(shè)備，可集中于科研載荷，從而進(jìn)行多地點(diǎn)多方面的精細(xì)研究，使人類(lèi)對(duì)火星的探測(cè)逐步深入。截至2021年6月，繼續(xù)在軌工作的火星車(chē)共有3輛，分別是美國(guó)的“好奇號(hào)”“毅力號(hào)”和中國(guó)的“祝融號(hào)”。“好奇號(hào)”火星車(chē)于2012年8月6日以“空中吊車(chē)”式成功登陸火星表面，主要任務(wù)是探清火星歷史環(huán)境是否曾適合生命存在。其原定任務(wù)期為2年，由于狀態(tài)依然良好，美國(guó)國(guó)家航天局（NASA）宣布無(wú)限期延長(zhǎng)它的工作時(shí)間。目前它在火星上累計(jì)移動(dòng)里程超過(guò)20公里，主要成果有：拍攝了大量火星日偏食的照片、證明火星表面土壤按重量算約2%是水分、發(fā)現(xiàn)了古河床，等等。來(lái)自“好奇號(hào)”火星車(chē)的自拍照 經(jīng)歷了203天的行程、穿越了約4.72億公里之后，NASA最大、最先進(jìn)的火星探測(cè)器“毅力號(hào)”于2021年2月18日采用降落傘＋緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)反推＋空中起重機(jī)的著陸方式成功著陸火星表面。其主要任務(wù)是火星生命跡象研究，目前的初步成果是將火星大氣中的部分二氧化碳成功轉(zhuǎn)化為氧氣。NASA最大、最先進(jìn)的火星探測(cè)器“毅力號(hào)”成功著陸火星表面。2021年2月18日，美國(guó)“機(jī)智號(hào)”無(wú)人直升機(jī)搭乘“毅力號(hào)”火星車(chē)登陸火星，并于美國(guó)東部時(shí)間4月19日成功完成了在火星上的首次飛行，這是人造航空器首次在另一個(gè)行星上受控飛行。北京時(shí)間2020年7月23日12時(shí)41分，長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭從海南文昌航天發(fā)射中心一飛沖天，成功將攜帶著我國(guó)首輛火星車(chē)“祝融號(hào)”的“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器送入預(yù)定軌道。2021年2月10日19時(shí)52分，“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器順利進(jìn)入環(huán)火軌道，成為我國(guó)第一顆人造火星衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)此次任務(wù)“繞著巡”目標(biāo)的第一步，成功開(kāi)啟環(huán)繞火星模式。5月15日7時(shí)18分，“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)成功著陸，邁出了我國(guó)星際探測(cè)征程的重要一步。5月22日，“祝融號(hào)”火星車(chē)駛離著陸平臺(tái)，開(kāi)始火星地面移動(dòng)探測(cè)工作。“祝融號(hào)”攜帶6臺(tái)科學(xué)儀器，即火星車(chē)?yán)走_(dá)、磁場(chǎng)探測(cè)儀、成分探測(cè)儀、氣象測(cè)量?jī)x、多光譜相機(jī)和地形相機(jī)。其中，磁場(chǎng)探測(cè)儀是國(guó)際上首次在火星表面進(jìn)行移動(dòng)的磁場(chǎng)測(cè)量，可以獲得精細(xì)尺度的火星磁場(chǎng)信息。此次探火任務(wù)主要包括：火星空間環(huán)境、地表形貌特征、土壤表層結(jié)構(gòu)等研究；收集有關(guān)溫度、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向的大氣數(shù)據(jù)；研究火星的磁場(chǎng)和重力場(chǎng)。祝融是中國(guó)上古神話中的火神，以火神的名字命名中國(guó)首輛火星車(chē)，是現(xiàn)代科學(xué)與傳統(tǒng)文化的跨時(shí)空融合。目前，火星車(chē)工作正常，已成功向地面指揮中心傳回大量數(shù)據(jù)。2020年7月23日，中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器在海南文昌發(fā)射升空。2021年6月11日，中國(guó)國(guó)家航天局發(fā)布的由“祝融號(hào)”火星車(chē)拍攝的“著巡合影”圖。截至2021年6月底，人類(lèi)共實(shí)施了47次探火活動(dòng)，其中完全成功的探測(cè)任務(wù)只有22次，成功率約47%，可見(jiàn)火星探測(cè)之不易。火星是個(gè)直徑約為6800公里、寒冷荒蕪的星球，遍布撞擊坑、峽谷、沙丘和礫石。它最引人注目的地形特征是干涸的河床，多達(dá)數(shù)千條，大小不一，蜿蜒曲折，縱橫交錯(cuò)，極為壯觀。河床的存在表明現(xiàn)在干燥異常的火星曾經(jīng)有過(guò)大量的水。此外，火星上還有很多名字形象且令人遐想的景觀。“酷爆的傷疤”：1972年“水手9號(hào)”探測(cè)器環(huán)繞火星時(shí)，在火星表面發(fā)現(xiàn)一條長(zhǎng)長(zhǎng)的“疤痕”，綿延3000多公里，橫跨600多公里，深達(dá)8公里。因圖片分析信息與地球的東非大裂谷極為相似，故起名水手峽谷。關(guān)于水手峽谷的起源至今沒(méi)有定論，主流觀點(diǎn)認(rèn)為它始于數(shù)10億年前火星冷卻時(shí)形成的裂縫。水手峽谷不僅是火星上最大的峽谷，也是太陽(yáng)系中最大的峽谷。“神奇的人臉”：1976年“海盜1號(hào)”探測(cè)器在火星的沙丘表面上拍攝到一處疑似人臉的景觀，不禁讓人浮想聯(lián)翩。科研人員歷經(jīng)30多年研究，終于揭開(kāi)了這個(gè)謎底：那些酷似人臉的景觀是類(lèi)似地球上的巖石山。科研人員歷經(jīng)30多年研究，最終證實(shí)“火星人臉”只是一塊火星巖石，之所以看起來(lái)像人臉是因太陽(yáng)光線照射和拍攝角度所致。火星冰冠：火星南北極有水冰（即冰）及干冰（固態(tài)二氧化碳）覆蓋的區(qū)域。厚達(dá)數(shù)公里、由水冰組成的高原，是火星上水冰重要儲(chǔ)藏庫(kù)，被稱(chēng)為火星冰冠。水和二氧化碳借著升華與凝結(jié)來(lái)往于極冠與火星大氣之間，是現(xiàn)今火星氣候重要的一環(huán)。高聳的火山群：由于火星引力的原因，地表的火山往往都比較高。位于火星西半球塔爾西斯高原的5座盾狀火山，個(gè)個(gè)秒殺珠穆朗瑪峰，其中就有太陽(yáng)系最高的奧林帕斯山，高約22公里，寬約550公里。“誘人的椰子”：2018年12月，歐洲航天局發(fā)布了“火星快車(chē)”探測(cè)器拍攝的環(huán)形山的照片：褐色的科洛廖夫隕石坑中積滿(mǎn)了厚厚的冰層，看上去就像裝滿(mǎn)白色冰激凌的椰子，景象非常壯觀。由于火星大氣層特別稀薄，因此地表密密麻麻覆蓋了成千上萬(wàn)大小不一的隕石坑?？坡辶畏螂E石坑位于火星北部的低洼處，坑寬約82公里。由于灰塵和水冰慢慢堆積，形成了冰川，如今幾乎填滿(mǎn)了整個(gè)凹坑，即使在夏天也是如此，構(gòu)成火星上一道獨(dú)特的風(fēng)景。近年來(lái)，由于火星探測(cè)的升溫，特別是我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器的發(fā)射，引發(fā)了社會(huì)上更多的人對(duì)火星探測(cè)的關(guān)注，甚至做起了“火星移民的計(jì)劃”。火星真的適合人類(lèi)未來(lái)改造和居住嗎？我們探測(cè)火星是為了移民嗎？火星作為地球的近鄰，與地球有很多相似之處，如它們的自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)方式基本相同；有著幾乎相同的晝夜更替和季節(jié)變化；其表面溫度（大約在-133℃~ 27℃）在太陽(yáng)系類(lèi)地行星中與地球最為接近；地貌特征也與地球很像，有高山、平原和峽谷等多種地形；火星上還有大量水冰和干冰，被視為太陽(yáng)系中第二個(gè)適宜人類(lèi)生存的星球。于是火星上是否存在孕育生命的條件，以及火星是地球的過(guò)去還是地球的未來(lái)，成為火星研究的重大科學(xué)問(wèn)題。也就是說(shuō)，研究火星對(duì)認(rèn)識(shí)地球演變具有非常重要的意義。此外，從工程實(shí)施角度來(lái)看，去火星相對(duì)更容易些。因此，在載人登月之后，火星成為人類(lèi)登陸行星的首選目標(biāo)。阿曼科研人員正在佐法爾沙漠進(jìn)行模擬登陸火星的實(shí)驗(yàn)。該項(xiàng)目由阿曼和奧地利兩國(guó)合作實(shí)施，旨在未來(lái)將人類(lèi)送往火星。面對(duì)耗資巨大的航天項(xiàng)目，許多人不禁會(huì)問(wèn)：費(fèi)時(shí)費(fèi)力探火星，真的值得嗎？探測(cè)火星會(huì)給我們的生活帶來(lái)什么改變？其實(shí)早在上世紀(jì)70年代，NASA的史都林格博士就有過(guò)經(jīng)典回答：“通往火星的航行并不能直接提供食物解決饑荒問(wèn)題。然而，它所帶來(lái)的大量新技術(shù)和新方法可以用在火星項(xiàng)目之外，這將產(chǎn)生數(shù)倍于原始花費(fèi)的收益。”我們現(xiàn)在生活中的信息遠(yuǎn)程傳遞與操控、人工智能、全新的高品質(zhì)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品等都是火星探測(cè)器技術(shù)帶動(dòng)科技水平提升的成果。隨著火星探測(cè)任務(wù)的進(jìn)一步深入，人們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)也會(huì)隨之發(fā)生變化，勢(shì)必會(huì)給我們的生活帶來(lái)全新的體驗(yàn)。盡管?chē)?guó)內(nèi)外深空探測(cè)從未有向地外天體移民的意向，但以火星探測(cè)等航天工程為代表的航天能力，是綜合國(guó)力的象征，在世界競(jìng)爭(zhēng)格局中發(fā)揮著獨(dú)特的作用。中國(guó)在火星探測(cè)領(lǐng)域是后來(lái)者，但起點(diǎn)相當(dāng)高。在世界航天史上，“天問(wèn)一號(hào)”不僅在火星上首次留下中國(guó)人的印跡，而且首次成功實(shí)現(xiàn)通過(guò)一次任務(wù)完成火星環(huán)繞、著陸和巡視三大目標(biāo)，充分展現(xiàn)了中國(guó)航天人的智慧，標(biāo)志著我國(guó)在行星探測(cè)領(lǐng)域跨入世界先進(jìn)行列。據(jù)國(guó)家航天局秘書(shū)長(zhǎng)許洪亮介紹，火星探測(cè)下一步擬于2028年實(shí)施火星取樣返回任務(wù)，有關(guān)部門(mén)將組織實(shí)施好“天問(wèn)一號(hào)”后續(xù)科學(xué)探測(cè)任務(wù)，力爭(zhēng)取得更多新發(fā)現(xiàn)、新成果，實(shí)現(xiàn)科學(xué)產(chǎn)出最大化，讓航天探索成果為創(chuàng)造人類(lèi)更加美好的未來(lái)貢獻(xiàn)更大力量。如果您錯(cuò)過(guò)了《世界知識(shí)畫(huà)報(bào)》
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