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总结为一句话 ,目前的航天技术决定人类也就只能对火星感点兴趣了。火星是太阳系距离地球第二近的行星,环境比较温和,最利于人类进行各种探测活动 。
其实最初美苏只要探索的星球主要有两个 ,月球和金星。月球是因为距离地球近,可以借助月球验证深空航天技术,也可以开展一些空间实验,所以在六七十年代称为美苏竞争的目标 ,双方也都在月球的探索中验证了航天技术,然而月球的探索不能使它们满足,向更远的星球发射探测器更能彰显实力 ,于是美苏就将金星作为重点考察的目标,首要原因是金星离地球真的近,是太阳系中距离地球最近的行星 ,只有3000多万公里,探测器更容易到达。
前苏联和美国在1970年代曾进行过多次金星探测,前苏联还尝试无人探测器登陆探测 ,但探测器只撑过了最初的几个钟头然后很快失联,现在科学家们已经清楚,火星的表面温度400℃以上 ,时不时地还会下硫酸雨,高温也会导致十分剧烈的大气活动,怎么看都是不适合探索的 。多种因素使得各国逐渐转移目标,将火星定做重点探索目标。
在人类现有的航天技术加持下 ,火星对于人类来说价值要高于金星,火星的温度可太温和了,大气非常稀薄 ,表面温度最高可以到-20℃左右,声势浩大的沙尘暴其实也比地球上覆盖同等面积的沙尘暴威力低得多,便于人类的无人探测器登陆和长时间工作 ,而且距离地球也不是特别远,是人类最有望最先实现载人登陆的太阳系行星,目前美国在这方面走得比较远 ,已经有了数次成功无人登陆的经验,部分探测器超期服役十几年。
近几十年的探测也发现,火星上有大量的水资源 ,甚至是液态水资源,阳光的强度也比较高,阳光加水等于氢气、氧气,太阳能板产生的电力可以电解水为宇航员提供饮用水 ,氢气可以作为燃料,比较适合人类登陆火星并且对火星进行局部改造用于生存,而且火星的体积质量较小 ,未来可以开发为深空探测的中转站 。
人类选择火星作为太阳系天体的主要探查目标,是契合人类航天科技发展的历程,航天发展史就是从近地到深空的转变 ,需要技术的不断累积,距离地球越远探测器入轨和登陆的难度越大,而火星无论是距离 、环境等方面都比较适合人类登陆 ,是人类有望最先实现登陆的行星。
科学家用什么仪器来研究火星?
在太阳系的八大行星中,火星和地球在许多地方十分相似:火星自转一周是24?66小时,昼夜只比地球上的一天多40分钟;火星自转倾斜角也和地球相近 ,所以火星上也有春夏秋冬四季的气候变化;火星上还有大气层。
1877年,意大利天文学家斯基帕雷用望远镜发现火星上有许多细长的暗线和暗区,他把暗线称为“水道 ” 。有人干脆把“水道”翻译成英语的“运河”,暗区就成了“湖泊 ”。有运河就有智慧生命的大规模活动。于是 ,一个世纪以来,有关这颗红色星球上的火星人和火星生命的传说、猜测和探测不断出现。眼见为实,只有对火星进行逼近观测 ,才能彻底解开这些谜 。20世纪50年代后,人类就开始了利用航天技术探测火星的努力。
1957年,前苏联发射了第一颗人造地球卫星 ,使人们看到了摆脱地球引力和大气束缚登陆火星的希望。
1965年7月14日,美国人发射的“水手4”号从离火星不到1万千米的地方掠过,第一次对它进行了近距离考察 ,并拍摄了21张照片 。“水手4”号的考察结果表明,火星的大气密度不足地球的1%。火星生命如果存在的话,生存环境看来要比地球上的艰难许多。
1969年2、3月间 ,“水手6 ”号和“水手7”号向火星进发,从距火星3200千米处传回了200帧照片 。照片的清晰度大大增加,但运河仍然不见踪影。为了彻底弄清火星的全貌,1971年11月13日 ,“水手9”号驶入了环火星轨道,成为第一颗环绕另一颗行星的人造天体。
然而就在“水手9 ”号驶向火星的过程中,火星上发生了大规模的尘暴 ,这场持续了几个月的尘暴扼杀了随后赶到的两颗前苏联火星探测器“火星2”号和“火星3”号 。它们在1971年11月27日和12月2日投下的装置在工作了20秒之后就音信全无,仅仅传回了半张灰蒙蒙的照片。
“水手9”号躲过了火星尘暴的灾难。1971年12月,它传回来的第一幅火星照片就给持“运河说 ”的人以致命的一击:火星上根本不存在什么运河 ,人们看到的——如果他们真的看到了的话,只是火星风形成的沙粒带状条纹,就如同我们在沙漠里看到的一样 。
令那些支持“火星生命说”的人松了一口气的是 ,“水手9”号在火星上发现了许多干涸的河床,其中有的长达1500千米,宽2130千米 ,这证明在火星上可能曾经存在过液态的水。只要有液态水,火星上的生命就有希望。
1976年7月和9月,“海盗1 ”号和“海盗2”号的探测器先后在火星着陆。在那里,它们确定了火星的大气成分 ,分析了火星土壤的样品,发布了火星上第一份气象报告,并探测到了火星的“地震” 。“海盗 ”号着重研究了火星上的生命痕迹 ,得出的结论却并不清晰。最后美国国家科学院用标准的科学语言总结了这些实验:它减小了火星上存在生命的可能性。
1996年8月6日,美国宇航局宣称,科学家们从一块来自火星的陨石上发现了可证明火星上曾经存在生命的化学物质 。部分专家认为 ,在这块来自火星 、年龄40亿~45亿年的陨石ALH84001上,含有某些与生命现象有关的特殊化学物质。此举在全球引起了轩然大波,各国学者议论纷纷 ,各抒己见,连诺贝尔奖金获得者德迪韦也参加了这一世界性大辩论,他说:“仅仅是从一块被认为可能来自火星的陨石中发现有机物并不能证明火星上曾存在生命。”英国天文学家希尔甚至怀疑这块石头是否真的来自火星 ,他说:“只有当飞船在火星上着陆取回试样并发现生命的踪迹后,才能得出正确的结论 。”我国科学家也参加了这一大讨论,并且意见不一。
火星上尼克尔森陨石坑中央峰的透视图
1996年11月,美国发射“火星全球勘探者 ”飞船。“火星全球勘探者”在1997年9月进入火星轨道 ,这是人类成功地送入火星的第一个轨道器 。
“火星全球勘探者”探测器将在环绕火星的轨道上飞行时勘探其地质特征,这也许能帮助人们找到ALH84001陨石的地理渊源。它需经过10个月的旅行抵达绕火星飞行的轨道,将绘制火星地形图、分析火星大气成分和记录火星大气变化的情况 ,完成1992年升空的“火星观察者 ”探测器未完成的任务。“火星观察者”探测器原定1993年8月24自到达火星轨道,但1993年8月21日突然与地面失去联系 。
从“海盗”号登上火星之后,人类的火星探测已经不是去寻找“火星人”之类的高等生物了。
1996年12月 ,美国发射“火星探路者 ”探测器。“探路者”号的4个主要目的是:了解地形特征,选好人类登临的“火星探路者”着陆点,观测火星上的各种变迁 ,仔细探寻生命的痕迹。
1997年7月4日,“火星探路者 ”经过7个月的旅行,行程4?94亿千米 ,终于来到火星,并成功地在火星上的阿瑞斯平原着陆 。这是自“海盗”号以后,人类再次把航天器送入火星表面,也是美国宇航局跨世纪的一连串火星轨道和着陆探测计划的开始。
“探路者”号登陆的场面非常热闹 ,而且从那样高的地方投下去,探测器受到的冲击力仅为50克,的确令人叹服。但大家应更多地关注火星车 。这个60厘米×45厘米×30厘米的小家伙里包括1台计算机、70个传感器、5个激光测距仪和由3套摄像机组成的立体视镜系统 ,带有自动导航和前后轮独立转向系统,同时还有发动机 、X射线仪和其他分析仪器,其精巧程度可见一斑。它要迈上一定的坡度 ,跨过岩石和深沟,还要屏蔽火星土壤的强磁性干扰。在背向地球时,它必须有能力独立使用X光分析仪和测距仪 。这一切的难度都非常高。而为达到这些要求所做的工作 ,都是在航天器预算削减了近1/4的情况下完成的。
“火星探路者 ”
携带了一辆六轮小跑车,称为“漫游者” 。“漫游者”在着陆器着陆后的第二天走下着陆器,开始对选定的目标进行研究。在以后的90天里 ,“火星探路者 ”共向人类发回了1?6万张照片。
从“火星探路者”发回的1?6万张照片中科学家发现,几十亿年前,火星的阿瑞斯平原曾发生过大洪水,而现在的火星可能与地球一样有晨雾 ,说明火星上有水,有水就可能有生命 。而“漫游者”的研究结果,证实地球上的一块编号为“ALH84001 ”的陨星 ,可能来自火星,而美国航天局的科学家宣布,他们在这块陨星中发现了可能存在原始生命的证据。
1998年春天 ,美国宇航局又提出一种载人火星飞行方案。首先要研制出一种能发射89?5吨有效载荷的运载火箭。用这种火箭将载人火星飞船和其他设备发射到地球低轨道上,从低轨道又上升到高轨道,然后再从高轨道飞往火星 。从地球到低轨道的发射要进行三次。计划在2011年发射。载人火星飞船能乘坐4人 ,飞往火星时间200天,在火星上停留580天,返回地球时间190天 ,总飞行时间970天 。
1999年,美国火星学会与加州理工学院合作,提出一种更加安全的载人火星飞行方案。按照该方案,除了载人火星飞船以外 ,还要设计一种火星上升飞行器(MAV),用于将人员从火星表面发射到火星轨道上;一种返回地球飞行器(ERV),用于将人员从火星轨道送回地球;一个火星表面居住舱 ,供火星探险队在火星表面生活和工作。火星飞船能乘坐5人,飞往火星时间134天,在火星表面停留时间570天 ,返回地球时间146天,总飞行时间850天 。计划于2011年开始实施。
2000年12月,俄罗斯提出“火星载人轨道站”计划。所谓“火星载人轨道站”实际上就是一艘巨型载人火星飞船 ,重400吨,用俄罗斯的重型火箭将结构件发射到地球低轨道上,一共发射4次 ,在低轨道上组装起来 。飞船乘坐6人,长600米,最大直径6米,到达火星表面的重量仅有35吨。飞船飞往火星时间415天 ,在火星表面停留时间30天,返回地球时间285天,总飞行时间730天。计划于2017年发射 。
火星探测是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动 ,2007年4月,中、俄两国总理举行会晤,签署了火星探测项目合作相关文件。按照任务分工 ,中国火星探测器由上海航天局负责总研制。
知识点
火星的大气层
与地球外层笼罩着大气层一样,在火星的周围也笼罩着大气层。火星大气层的主要成分是二氧化碳,其次是氮、氩 ,此外还有少量的氧和水蒸气 。火星大气的密度很低,还不到地球大气密度的百分之一,表面大气压约500~700毫帕。最近研究人员发现 ,在火星大气层中存在甲烷气体,研究人员怀疑甲烷是来自火星上的微生物,由此开始了火星上有无生命存在的考证。
科学家研究火星需要倚仗“洞察”号荷载的两台精密仪器——地震仪(SEIS)和热流探头(HP3) 。科学家们希望,他们能通过这些先进的仪器探测到火星的各种“生命迹象 ”:通过SEIS探测它的“脉搏” ,通过HP3测量它的“体温”,通过RISE观察它的“条件反射 ”。这些“生命迹象”,既是火星亿万年的成长记录 ,也是揭开太阳系内类地行星演化之谜的钥匙。
明年5月5日后5周内的某一天,“洞察”号将从美国加州中部的范登堡空军基地升空,并于感恩节后的第一个星期一登录火星 ,随后开始对火星“诊脉测温 ” 。NASA预计,在所有仪器部署完成后,科学家在一个火星年(687天 ,相当于1.88个地球年)内将获得超过29Gb的数据。届时,人类对火星的探索有望迈向一个新高度。
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