2020年將首探火星：中國(guó)太空探索走向深空

　　2020年將首探火星：中國(guó)太空探索走向深空

　　星羅萬(wàn)象

　　新一輪深空探測(cè)的科學(xué)浪潮悄然興起，這其中怎能少了中國(guó)的身影呢？

　　近日，媒體記者從中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)自遠(yuǎn)處獲悉，中國(guó)將于2020年探測(cè)火星，通過(guò)火星衛(wèi)星、火星著陸器、火星車天地聯(lián)合探測(cè)火星，目前火星車已經(jīng)做好。這一消息一經(jīng)披露，旋即引發(fā)了廣泛關(guān)注。

　　2020年是火星探測(cè)窗口期

　　在西方，火星曾被認(rèn)為是戰(zhàn)神瑪爾斯的化身；在中國(guó)，火星因?yàn)樾雄櫜欢ǘ环Q為“熒惑”，甚至古書(shū)上有“熒惑守心，天責(zé)帝君”“熒熒之火，離離亂惑”等描述。總之，自古以來(lái)，火星給人神秘、兇險(xiǎn)的感覺(jué)。

　　即便在科學(xué)層面，火星也曾給人許多困惑。丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫的觀測(cè)精度達(dá)到了1角秒，那是望遠(yuǎn)鏡發(fā)明前的最高水準(zhǔn)，卻發(fā)現(xiàn)對(duì)火星位置的預(yù)報(bào)誤差達(dá)到了令人難以接受的8角秒，甚至連哥白尼的日心說(shuō)也因此遭遇巨大挑戰(zhàn)。后來(lái)，開(kāi)普勒提出行星運(yùn)動(dòng)軌道應(yīng)當(dāng)是橢圓，才讓此問(wèn)題迎刃而解。

　　我們目前對(duì)火星軌道的了解足以解釋它“鬼魅行蹤”。火星的軌道是個(gè)相對(duì)較扁的橢圓，偏心率達(dá)到0.0934。相較而言，地球軌道偏心率只有0.0167，屬于非常圓的了。因此，火星和地球之間的距離跨度在0.546億公里-4.01億公里之間，就算是兩者接近時(shí)距離變化范圍也達(dá)到0.55億公里-1.02億公里。

　　由此，可以推測(cè)，我們每次見(jiàn)到火星時(shí)，它的個(gè)頭時(shí)大時(shí)小，它的運(yùn)行速度也時(shí)快時(shí)慢，確實(shí)讓人難以捉摸。此外，火星公轉(zhuǎn)周期約為687天，接近2個(gè)地球的回歸年，這就導(dǎo)致我們不可能每年都能見(jiàn)到火星。具體來(lái)說(shuō)，平均間隔約26個(gè)月，火星才會(huì)再一次接近地球。難怪古人謂之“惑”。

　　當(dāng)你明白了這個(gè)道理，也就不難理解為什么我們要隔一年才能發(fā)射一次火星探測(cè)器，這就是航天工程上所說(shuō)的“發(fā)射窗口”。

　　2014年美國(guó)航天局的“馬文”號(hào)（MAVEN，火星大氣與揮發(fā)物演化任務(wù)）和印度的“火星飛船”先后到達(dá)火星；2016年歐空局ExoMars任務(wù)無(wú)人探測(cè)器抵達(dá)火星；2018年美國(guó)航天局的“洞察”號(hào)探測(cè)器成功著陸火星。

　　你看，是不是每?jī)赡瓴庞幸淮螜C(jī)會(huì)前往火星呢？所以，可以想見(jiàn)，2020年又將是一個(gè)“火星大年”，各個(gè)航天大國(guó)、航天機(jī)構(gòu)都在摩拳擦掌，打算同臺(tái)比拼。

　　目前已知的發(fā)射計(jì)劃包括美國(guó)航天局的“火星2020”火星車（Mars 2020 rover）、歐空局的“羅薩琳·富蘭克林”號(hào)火星車（Rosalind Franklin rover）、阿聯(lián)酋的“希望”號(hào)軌道探測(cè)器（Mars Hope orbiter）。2019年1月14日，中國(guó)航天局在國(guó)新辦舉行的記者會(huì)上表示我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)也將于2020年前后實(shí)施。

　　多國(guó)已啟動(dòng)火星探測(cè)計(jì)劃

　　是什么導(dǎo)致那么多的探測(cè)器都將火星作為“考察目的地”呢？原因很簡(jiǎn)單，火星是太陽(yáng)系中除地球以外“最有希望的”行星。

　　太陽(yáng)系是一個(gè)大家庭，擁有八大行星，然而只有水星、金星、地球和火星是固態(tài)行星，這就淘汰了一半。水星離太陽(yáng)太近，又無(wú)大氣，不適合生存。金星的大氣太過(guò)濃密，大氣壓強(qiáng)超過(guò)地球90倍，而且充滿CO2、SO2等溫室氣體，不論何時(shí)何地表面溫度始終在400℃以上，簡(jiǎn)直煉獄一般，這讓它一舉摘得“太陽(yáng)系最熱行星”稱號(hào)。

　　于是我們發(fā)現(xiàn)，火星幾乎是太陽(yáng)系中最接近地球的行星。火星的自轉(zhuǎn)周期約為24.6小時(shí)，與地球十分接近；自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軌道面傾角約65°，存在四季變化，這也和地球相似；火星大氣很稀薄，只有地球的1%，雖然表面溫度平均僅為-63℃，但夏天陽(yáng)光直射區(qū)域溫度則可以上升到20℃，赤道附近的極端最高溫度則有機(jī)會(huì)達(dá)到30℃左右！用最簡(jiǎn)單的一句話概括：太陽(yáng)系宜居之所，唯地球與“熒惑”耳。

　　讓人感到好奇與興奮的，不僅僅是這些數(shù)據(jù)。近幾年，人類在火星表面及軌道上部署了多個(gè)探測(cè)器，目前仍在工作的有“好奇”號(hào)（Curiosity，2011，美國(guó)）和“洞察”號(hào)（InSight，2018，美國(guó)）兩個(gè)陸面探測(cè)器，以及“火星奧德賽”號(hào)（Mars Odyssey，2001，美國(guó)）、“火星快車”號(hào)（Mars Express，2003，歐洲）、火星勘測(cè)軌道飛行器（Mars Reconnaissance Orbiter，2005，美國(guó)）、“火星任務(wù)”1號(hào)（Mangalyaan，2013，印度）、火星大氣與揮發(fā)物演化任務(wù)（MAVEN，2014，美國(guó)）、火星微量氣體軌道探測(cè)器（ExoMars Trace Gas Orbiter，2016，歐洲&俄羅斯）等6個(gè)軌道器，可以對(duì)火星開(kāi)展24小時(shí)全天候不間斷地觀測(cè)。火星已經(jīng)成為地球以外擁有在軌衛(wèi)星最多的星球了。

　　通過(guò)這些探測(cè)器，我們推測(cè)出40億年前火星上曾經(jīng)有大片海洋與大河，我們發(fā)現(xiàn)了火星地下鹽水湖，我們觀察到火星表面可疑的液體季節(jié)性流動(dòng)特征，我們偵測(cè)到火星大氣中不明原因的甲烷含量激增現(xiàn)象……所知越多，未解越多，火星引發(fā)地球人越來(lái)越多的關(guān)注。

　　中國(guó)空間探索是時(shí)候走向深空了

　　新一輪深空探測(cè)的科學(xué)浪潮悄然興起，這其中怎能少了中國(guó)的身影呢？

　　令人欣喜的是，“嫦娥”工程四戰(zhàn)四捷，我們每一步都走得很扎實(shí)，積累了很多深空探測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，包括航天器及載荷的設(shè)計(jì)制造、軌道設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)距離測(cè)控、路面巡視、長(zhǎng)期運(yùn)控、探測(cè)數(shù)據(jù)處理等。現(xiàn)在，是時(shí)候真正走出地球搖籃，走向更遠(yuǎn)的深空了。

　　我國(guó)的火星探測(cè)器由軌道器（衛(wèi)星）、著陸器和巡視器（火星車）組成，一次任務(wù)實(shí)現(xiàn)“繞、落、巡”三大工程目標(biāo)。環(huán)繞火星運(yùn)行的軌道器上將搭載高、中分辨率相機(jī)、光譜儀、磁力計(jì)、表面雷達(dá)、離子和中性粒子探測(cè)儀等科學(xué)載荷；巡視器上將搭載探地雷達(dá)、光譜相機(jī)、小型氣象站、磁場(chǎng)探測(cè)儀等載荷，這些儀器設(shè)備有望幫助我們建立起對(duì)火星全面而基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)。

　　當(dāng)然，前往火星的路途充滿險(xiǎn)惡，比如長(zhǎng)達(dá)7-8個(gè)月的飛行、全程約5億公里的路途、40多分鐘通話延時(shí)、著陸前約8分鐘的持續(xù)制動(dòng)，還有火星崎嶇堅(jiān)硬的表面和大范圍沙塵暴，這些都是擺在我們面前的難題。

　　不過(guò)，我們?nèi)セ鹦牵皇且驗(yàn)槟抢锖猛妫膊皇菫榱俗C明我們“到此一游”，而是因?yàn)槲覀儗?duì)未知世界充滿好奇，因?yàn)槲覀儗?duì)困難敢于挑戰(zhàn)。著陸火星僅僅是邁向深空的第一步，未來(lái)還會(huì)嘗試從火星取樣返回，也會(huì)向小行星、木星等其他天體派出探測(cè)器，探索更多的未知，破解更多的謎題。

　　□施韡（上海市天文學(xué)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)）