2020，從中國到火星

熊雅穎　左維　李春來

火星，請回答

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。

火星上是否存在生命？

這是人們一直以來關于火星最好奇的問題。火星上是否和地球一樣，存在生命或者曾經(jīng)發(fā)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(jù)，則可以加強火星存在生命的科學依據(jù)。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(fā)現(xiàn)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(zhì)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(jīng)有水的存在，因為鹽類礦物是水揮發(fā)后的殘留物。

火星上是否存在，或曾經(jīng)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(fā)展都有著很重要的意義。

火星北部平原上的溝壑（圖片來源/NASA）

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

火星的起源與演化歷程

火星的起源和演化歷程就是火星從初期形成到現(xiàn)在所經(jīng)歷的變化過程。火星是類地行星，研究火星演化對探索包括地球在內(nèi)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(nèi)部物理場與結(jié)構、地質(zhì)構造和化學構成等）的演變，也有火星環(huán)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。

火星上黑色的層狀沙丘（圖片來源/NASA）

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(zhì)組成、氣候與環(huán)境特征的探測，研究火星的自然環(huán)境，判斷人類改造火星的可能性。

延伸閱讀

火星探測“任務表”

中國首次自主火星探測的科學意義是什么？要回答這個問題，首先我們要了解此次火星探測的五大科學目標。科學目標決定了中國首次火星探測到底是要探測什么。這五大科學目標是：

1、研究火星形貌與地質(zhì)構造特征。探測火星全球地形地貌特征，獲取典型地區(qū)的高精度形貌數(shù)據(jù)，開展火星地質(zhì)構造成因和演化研究。

2、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(jié)構研究。

3、研究火星表面物質(zhì)組成。識別火星表面巖石類型，探查火星表面次生礦物，開展表面礦物組成分析。

4、研究火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征。探測火星空間環(huán)境及火星表面氣溫、氣壓、風場，開展火星的電離層結(jié)構和表面天氣季節(jié)性變化規(guī)律研究。

5、研究火星物理場與內(nèi)部結(jié)構。探測火星磁場特性，開展火星早期地質(zhì)演化歷史及火星內(nèi)部質(zhì)量分布和重力場研究。

藝術家虛構的火星基地

火星探測硬實力

了解了這次遠赴火星滿載的任務與期望，大家也要知道，這些科學目標的實現(xiàn)還需要依賴中國航天發(fā)展多年累積的經(jīng)驗和技術。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(huán)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(huán)繞火星飛行的環(huán)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(huán)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(huán)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(xiàn)環(huán)繞探測和巡視探測的方式，在國際上也是首次。

“登火”“登月”大不同

上面提到火星與月球環(huán)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(wèi)星主要繞地球公轉(zhuǎn)，而火星是行星，與地球一樣繞太陽公轉(zhuǎn)。理論上，月球探測每個月都有發(fā)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(xiàn)一次發(fā)射機會。這些差異都要求在軌道設計和總體規(guī)劃方面具備更強的能力。

火星和地球的大氣成分對比 火星

地球

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?shù)降厍蜃铋L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。火星表面大氣密度約為地球的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(huán)繞、著陸、巡視探測這類特殊關鍵技術。

隨著世界經(jīng)濟、社會和科技的發(fā)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。火星作為在太陽系中距離地球較近、自然環(huán)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(xù)發(fā)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……

（責任編輯/陳瑩 美術編輯/胡美巖）