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【新京報】人類會移民火星嗎?十問首次火星探測
2020-07-24 | 作者:轉自:新京報 | 【 】【打印】【關閉

來源:新京報  發布日期:2020-07-24  作者:新京報記者 鄧琦 倪偉

(圖 / 搭載天問一號的長征五號火箭發射  來源 / 央視新聞)

  我國首次火星探測任務昨日正式啟航,引發廣泛關注。

  火星探測的核心問題是什么?哪一步最難?火星移民還有多遠?近日,新京報記者采訪中國科學院地質與地球物理研究所研究員、副所長、天問一號首席科學家助理、鴻鵠專項首席科學家魏勇,中國科學院地質與地球物理研究所副研究員、鴻鵠專項行星光學遙感首席科學家何飛,中國科學院國家天文臺研究員鄭永春,以及國家空間天氣預報臺副臺長郭建廣,揭示我國首次火星探測的奧秘。

1 為何選取7月23日發射?

  何飛:發射窗口的選取跟很多因素有關,最主要的是地球和火星之間的公轉周期關系?;鹦抢@日公轉的周期大概是687個地球日,將近地球上的兩年,也就是說,如果是地球和火星從同一個經度出發的話,地球繞大約兩年之后,火星和地球又會回到同一個地方,也就是一般常說的火星沖日,火星、地球、太陽幾乎排列成一線。

  在這種情況下,大約每26個月出現一個火星探測器發射窗口,地球到火星間的飛行路徑最短、最省燃料,因此一般選擇在這一段時間發射。具體的發射日期確定,還與實際的軌道設計、火箭發射運載能力、地面氣象、空間天氣等密切相關。

2 火星探測的核心是什么?

  魏勇:火星科學研究的核心問題,就是火星的水是怎么演化的?;鹦潜砻嬗泻恿鞯暮圹E,為什么今天一滴水都看不到?

  如果有大量液態水存在,就表明人類有可能在上面居住。判斷一個行星對于人類是否宜居,第一個標準就是表面必須有大量的液態水流動,即河流海洋。其次,是大氣里必須有氧氣,即使大氣里沒有氧氣,只要有水,可以用水制造出氧氣。

  現在已基本知道,在過去幾十億年里,火星表面的液態水逃逸到行星際空間去了。

  所以我國的火星探測,一個非常核心的問題是水是怎么通過大氣層逃逸的?圍繞這個核心問題,在天問一號之后,后續還有其他探測,要對火星的土壤進行取樣返回,在實驗室里進行分析,看看火星的宜居性到底如何,水到底去了哪里,以多大的速率逃逸?

3 為何在烏托邦平原著陸?

  魏勇:在選擇著陸點過程中確實經歷了很多次的遴選過程,工程方面的考慮是尤為重要的。從科學方面講,著陸區的地質特征、磁場條件等都非常獨特,科學家團隊期望能有重要的科學發現。

4 此次探測有哪些科研目標?

  何飛:火星探測的一個主題是生命,即火星上有沒有可能存在過生命或者有沒有可能支撐生命。天問一號的科研目標也圍繞這個主題來展開,經過前期科學團隊的論證,確定了以下科研目標:

  研究火星形貌和地質構造特征,通過探測火星全球地形地貌特征,獲取典型地區高精度地形地貌數據,開展火星地質構造成因以及演化研究。

  研究火星表面土壤特征與水冰分布,探測火星土壤種類、風化沉積特征和全球分布,搜尋水冰信息,開展火星土壤剖面分層結構研究。

  研究火星表面物質組成。識別表面巖石類型,探查表面次生礦物,開展表面礦物組成分析。

  研究火星大氣電離層及表面氣候與環境特征。探測火星空間環境及表面氣溫、氣壓、風場,開展電離層結構和表面天氣季節性變化規律研究。

  研究火星物理場與內部結構。探測火星磁場特性。開展火星早期地質演化歷史及火星內部質量分布和重力場研究。

5 科研目標中有無新的領域?

  魏勇:有,我舉個例子,火星車上放了一個磁強計,它能夠探測著陸地區的火星磁場,預期的探測結果對于我們理解火星的空間環境變化特性,甚至磁場演化過程都十分有意義?;鹦桥c地球最大的區別是沒有全球性的磁場,它只有局部的磁場,這次獲得的結果應當是非常有意義的。

6 此次火星探測任務為期多久?

  何飛:根據探月與航天工程中心公布的信息,此次火星探測通過一次發射任務實現火星環繞、著陸和巡視三大任務,所以整個探測周期與三大任務相關。發射后,會經過一個非常漫長的飛行過程,然后到達火星。

  飛行過程約需7個月,預計明年2月左右到達火星,在火星附近實施制動并被火星捕獲后,進入環火星的一個大橢圓軌道,完成著陸區的預先探測和著陸點的調整。

  然后根據軌道的情況擇機釋放著陸巡視器。

  著陸以后,火星車和承載的平臺會分離,開始在火星上開展巡視科學探測。在這個過程中,環繞器在中繼通信的軌道,為火星車提供通信鏈路,環繞器上相關的載荷會開展科學探測,大概運行90個火星日以后進行軌道調整,這里的火星日大概和地球日的時間差不多,進行軌道調整之后,它會進入一個遙感的使命軌道,開展相關的科學探測。

7 火星探測有哪些難點?

  鄭永春:火星探測是一個技術非常困難的項目,現在為止全球進行了40多次火星探測,成功率不到一半。但這是從1960年到現在大概60年的時間里一個整體的統計數據,如果看上世紀90年代以來或者2000年以來,火星探測的成功率可能會達到80%以上,因為2000年以來火星探測的相關技術已取得了重大突破,技術越來越成熟。

  對于中國的第一次火星探測,首個關鍵節點是發射。

  第二個關鍵節點,是七個月之后探測器在火星附近剎車。剛抵達火星附近時,探測器時速至少上萬公里,此時剎車點非常關鍵,如果剎不住,就不會環繞火星,運氣不好還有可能撞上去。剎車的節點直接決定了能不能成功環繞火星。

  第三個關鍵節點,對全世界來講最困難的就是進入火星大氣的過程,即“恐怖7分鐘”或“黑色7分鐘”?;鹦呛偷厍蛑g距離遙遠,地球上無法控制指揮,只能靠航天器自動調整,風險非常大。

  最大的困難是既要環繞也要著陸,著陸后還要開出一個小車,難度一步步遞增,我國探月工程等成功經驗給火星探測奠定了基礎,也會使得這次火星探測增加很多信心。

8 空間天氣將如何影響探測器?

  郭建廣:我們普遍理解的天氣是指30公里以下的大氣層的活動現象,比方說刮風下雨,這都屬于地面天氣的范疇。30公里以上中高層大氣、電離層、磁層,一直到太陽,整個日地空間范圍內的空間環境的狀態或者變化,我們稱為空間天氣。

  空間天氣會影響人類天基和地基技術系統的正常運行和可靠性,空間天氣事件的主要源頭就是太陽活動??臻g天氣災害可使衛星提前失效乃至隕落,通信中斷,導航、跟蹤失誤等。

  火星探測器在行進過程中,大部分時間處于行星際空間,少了地球的磁層天然保護屏障,探測器就會受到來自宇宙線和太陽高能粒子直接影響,有可能發生單粒子事件,就會對探測器的安全飛行產生影響。

  后期的環繞,降落和巡視,更需要綜合考慮火星地表的塵埃和沙暴,火星大氣和空間環境,這些與地球的差異比較大,都需要空間天氣的保障。

9 未來我們會移民火星嗎?

  魏勇:按照目前的理解,太陽現在處于壯年期,當它演化到老年期的時候,會變成紅巨星,甚至可能會膨脹到地球的軌道,讓地球不再宜居。有沒有可能移民其他行星?我認為,不是沒有這種可能性。

  但是,即使研究發現火星可能支撐人類居住,開展火星移民也還有漫長的路,代價非常高昂??赡軙幸徊糠直容^熱衷于冒險、有好奇心的人作為探路者率先移民到火星。這一少部分人在火星上建立有人值守的科研站和一些人類比較初步的聚集地等,應該會有很多人熱衷于從事這樣探索性的工作。

10 人類為什么要探測火星?

  魏勇:人類對行星探測的熱情主要是好奇心驅動,這個好奇心主要是來自于對哲學終極問題的思考:我們人類從哪里來,向哪里去,我們在宇宙中是否孤獨?

  人們曾經認為最有可能在月球上找到生命,接著把希望放在火星上,然后又把目光投向土衛六等更遠的行星衛星。在過去的半個世紀,人造飛船幾乎訪問了所有行星和大部分的重要天然衛星,最終發現,還是火星存在生命的希望最大。

  至少我們已經知道,火星在40億年前曾經溫暖濕潤,遍地河流。那么火星的現在到底代表了地球的昨天還是明天?人類還能在地球上生存多久?人類有可能移民火星嗎?這些涉及全人類的問題讓火星成為行星探測最重要的目標。而且,對火星的探測與研究有助于人類進一步認識地球和太陽系的形成和演化,預測地球的未來變化趨勢。

  行星探測也是當今難度最大的科學探測活動,需要舉全國之力,需要基于前沿的行星科學研究,以及先進的工業制造,各種尖端技術相結合。所以從某種角度上講,行星探測能夠很好地體現綜合國力。

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