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【新京报】人类会移民火星吗?十问首次火星探测
2020-07-24 | 作者:转自:新京报 | 【 】【打印】【关闭

来源:新京报  发布日期:2020-07-24  作者:新京报记者 邓琦 倪伟

(图 / 搭载天问一号的长征五号火箭发射  来源 / 央视新闻)

  我国首次火星探测任务昨日正式启航,引发广泛关注。

  火星探测的核心问题是什么?哪一步最难?火星移民还有多远?近日,新京报记者采访中国科学院地质与地球物理研究所研究员、副所长、天问一号首席科学家助理、鸿鹄专项首席科学家魏勇,中国科学院地质与地球物理研究所副研究员、鸿鹄专项行星光学遥感首席科学家何飞,中国科学院国家天文台研究员郑永春,以及国家空间天气预报台副台长郭建广,揭示我国首次火星探测的奥秘。

1 为何选取7月23日发射?

  何飞:发射窗口的选取跟很多因素有关,最主要的是地球和火星之间的公转周期关系。火星绕日公转的周期大概是687个地球日,将近地球上的两年,也就是说,如果是地球和火星从同一个经度出发的话,地球绕大约两年之后,火星和地球又会回到同一个地方,也就是一般常说的火星冲日,火星、地球、太阳几乎排列成一线。

  在这种情况下,大约每26个月出现一个火星探测器发射窗口,地球到火星间的飞行路径最短、最省燃料,因此一般选择在这一段时间发射。具体的发射日期确定,还与实际的轨道设计、火箭发射运载能力、地面气象、空间天气等密切相关。

2 火星探测的核心是什么?

  魏勇:火星科学研究的核心问题,就是火星的水是怎么演化的。火星表面有河流的痕迹,为什么今天一滴水都看不到?

  如果有大量液态水存在,就表明人类有可能在上面居住。判断一个行星对于人类是否宜居,第一个标准就是表面必须有大量的液态水流动,即河流海洋。其次,是大气里必须有氧气,即使大气里没有氧气,只要有水,可以用水制造出氧气。

  现在已基本知道,在过去几十亿年里,火星表面的液态水逃逸到行星际空间去了。

  所以我国的火星探测,一个非常核心的问题是水是怎么通过大气层逃逸的?围绕这个核心问题,在天问一号之后,后续还有其他探测,要对火星的土壤进行取样返回,在实验室里进行分析,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 为何在乌托邦平原着陆?

  魏勇:在选择着陆点过程中确实经历了很多次的遴选过程,工程方面的考虑是尤为重要的。从科学方面讲,着陆区的地质特征、磁场条件等都非常独特,科学家团队期望能有重要的科学发现。

4 此次探测有哪些科研目标?

  何飞:火星探测的一个主题是生命,即火星上有没有可能存在过生命或者有没有可能支撑生命。天问一号的科研目标也围绕这个主题来展开,经过前期科学团队的论证,确定了以下科研目标:

  研究火星形貌和地质构造特征,通过探测火星全球地形地貌特征,获取典型地区高精度地形地貌数据,开展火星地质构造成因以及演化研究。

  研究火星表面土壤特征与水冰分布,探测火星土壤种类、风化沉积特征和全球分布,搜寻水冰信息,开展火星土壤剖面分层结构研究。

  研究火星表面物质组成。识别表面岩石类型,探查表面次生矿物,开展表面矿物组成分析。

  研究火星大气电离层及表面气候与环境特征。探测火星空间环境及表面气温、气压、风场,开展电离层结构和表面天气季节性变化规律研究。

  研究火星物理场与内部结构。探测火星磁场特性。开展火星早期地质演化历史及火星内部质量分布和重力场研究。

5 科研目标中有无新的领域?

  魏勇:有,我举个例子,火星车上放了一个磁强计,它能够探测着陆地区的火星磁场,预期的探测结果对于我们理解火星的空间环境变化特性,甚至磁场演化过程都十分有意义。火星与地球最大的区别是没有全球性的磁场,它只有局部的磁场,这次获得的结果应当是非常有意义的。

6 此次火星探测任务为期多久?

  何飞:根据探月与航天工程中心公布的信息,此次火星探测通过一次发射任务实现火星环绕、着陆和巡视三大任务,所以整个探测周期与三大任务相关。发射后,会经过一个非常漫长的飞行过程,然后到达火星。

  飞行过程约需7个月,预计明年2月左右到达火星,在火星附近实施制动并被火星捕获后,进入环火星的一个大椭圆轨道,完成着陆区的预先探测和着陆点的调整。

  然后根据轨道的情况择机释放着陆巡视器。

  着陆以后,火星车和承载的平台会分离,开始在火星上开展巡视科学探测。在这个过程中,环绕器在中继通信的轨道,为火星车提供通信链路,环绕器上相关的载荷会开展科学探测,大概运行90个火星日以后进行轨道调整,这里的火星日大概和地球日的时间差不多,进行轨道调整之后,它会进入一个遥感的使命轨道,开展相关的科学探测。

7 火星探测有哪些难点?

  郑永春:火星探测是一个技术非常困难的项目,现在为止全球进行了40多次火星探测,成功率不到一半。但这是从1960年到现在大概60年的时间里一个整体的统计数据,如果看上世纪90年代以来或者2000年以来,火星探测的成功率可能会达到80%以上,因为2000年以来火星探测的相关技术已取得了重大突破,技术越来越成熟。

  对于中国的第一次火星探测,首个关键节点是发射。

  第二个关键节点,是七个月之后探测器在火星附近刹车。刚抵达火星附近时,探测器时速至少上万公里,此时刹车点非常关键,如果刹不住,就不会环绕火星,运气不好还有可能撞上去。刹车的节点直接决定了能不能成功环绕火星。

  第三个关键节点,对全世界来讲最困难的就是进入火星大气的过程,即“恐怖7分钟”或“黑色7分钟”。火星和地球之间距离遥远,地球上无法控制指挥,只能靠航天器自动调整,风险非常大。

  最大的困难是既要环绕也要着陆,着陆后还要开出一个小车,难度一步步递增,我国探月工程等成功经验给火星探测奠定了基础,也会使得这次火星探测增加很多信心。

8 空间天气将如何影响探测器?

  郭建广:我们普遍理解的天气是指30公里以下的大气层的活动现象,比方说刮风下雨,这都属于地面天气的范畴。30公里以上中高层大气、电离层、磁层,一直到太阳,整个日地空间范围内的空间环境的状态或者变化,我们称为空间天气。

  空间天气会影响人类天基和地基技术系统的正常运行和可靠性,空间天气事件的主要源头就是太阳活动。空间天气灾害可使卫星提前失效乃至陨落,通信中断,导航、跟踪失误等。

  火星探测器在行进过程中,大部分时间处于行星际空间,少了地球的磁层天然保护屏障,探测器就会受到来自宇宙线和太阳高能粒子直接影响,有可能发生单粒子事件,就会对探测器的安全飞行产生影响。

  后期的环绕,降落和巡视,更需要综合考虑火星地表的尘埃和沙暴,火星大气和空间环境,这些与地球的差异比较大,都需要空间天气的保障。

9 未来我们会移民火星吗?

  魏勇:按照目前的理解,太阳现在处于壮年期,当它演化到老年期的时候,会变成红巨星,甚至可能会膨胀到地球的轨道,让地球不再宜居。有没有可能移民其他行星?我认为,不是没有这种可能性。

  但是,即使研究发现火星可能支撑人类居住,开展火星移民也还有漫长的路,代价非常高昂。可能会有一部分比较热衷于冒险、有好奇心的人作为探路者率先移民到火星。这一少部分人在火星上建立有人值守的科研站和一些人类比较初步的聚集地等,应该会有很多人热衷于从事这样探索性的工作。

10 人类为什么要探测火星?

  魏勇:人类对行星探测的热情主要是好奇心驱动,这个好奇心主要是来自于对哲学终极问题的思考:我们人类从哪里来,向哪里去,我们在宇宙中是否孤独?

  人们曾经认为最有可能在月球上找到生命,接着把希望放在火星上,然后又把目光投向土卫六等更远的行星卫星。在过去的半个世纪,人造飞船几乎访问了所有行星和大部分的重要天然卫星,最终发现,还是火星存在生命的希望最大。

  至少我们已经知道,火星在40亿年前曾经温暖湿润,遍地河流。那么火星的现在到底代表了地球的昨天还是明天?人类还能在地球上生存多久?人类有可能移民火星吗?这些涉及全人类的问题让火星成为行星探测最重要的目标。而且,对火星的探测与研究有助于人类进一步认识地球和太阳系的形成和演化,预测地球的未来变化趋势。

  行星探测也是当今难度最大的科学探测活动,需要举全国之力,需要基于前沿的行星科学研究,以及先进的工业制造,各种尖端技术相结合。所以从某种角度上讲,行星探测能够很好地体现综合国力。

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