对话欧阳自远火星是地球的好姐妹

2020-09-12 14:14:40 小康 2020年25期

刘源隆

“自古以来人们对火星就没有什么好印象,火星在历史上没有好名声。”欧阳自远说,因为火星是红色的,因此自古以来很多文明认为它代表了血腥、战争、死亡和瘟疫。其实,火星的红色来自它表土里的赤铁矿。“火星在第四个跑道转圈,地球在第三个跑道转圈,很有规律,很守秩序,而且一直是这样运行的,所以火星是地球非常好的一个姐妹。”欧阳自远笑言。

火星可能出现过生命

放眼整个人类历史发展,地球受到太多的自然威胁,包括生态环境的破坏等,未来很可能不再宜居了,所以人类不能总是待在摇篮里面,得走出去探索,在太阳系里找到另外一个天体,让它变成人类的第二个“家园”。

《小康》·中国小康网:相比于月球探测,火星探测的难点在哪里?

欧阳自远:第一是发射窗口问题。月球探测器每一个月有一个发射窗口期;而火星探测器大约26个月才有一个发射窗口期。

第二是到达目标的飞行距离。月球探测器的飞行距离大约38万公里,一般飞行4—5天。火星探测器的飞行距离4.5亿公里,飞行时间大约7个月。

第三是地球与火星的距离。这一距离是不断变化的,由5500万公里—4亿多公里,测控指令要有合理的提前时间量,在火星空间和火星表面的探测器才能按时执行。测控指令到达月球大约1.3秒,可以即时发出,而对于火星需要提前3—28分钟不等。

第四是火星探测器着陆的难度大。月球表面属于超高真空,没有气候变化,着陆器和月球车着陆成功率比较高。火星气候变化无常,特别是沙尘暴期间,安全着陆难度增大。火星车着陆采用各种气动减速和降落伞减速等软着陆方式,使自己安全着陆。

《小康》·中国小康网:探索火星的科学意义具体是什么?

欧阳自远:当代的深空探测已经进入月球探测是起点、火星探测是重点、小行星探测是热点、木星与木星系探测是亮点的新阶段。火星是太阳系的八大行星之一,在太阳系家族中是与地球相似程度最高的行星,如自转轴的倾斜角度,自转周期,一年四季气候变化,古河道、古湖泊的呈现,大气层、电离层和磁层的演化等。火星的起源与演化的研究可以为地球和太阳系的起源与演化提供有重大意义的科学依据,推动比较行星学和太阳系演化学的发展。

此外,火星生命的探寻始终是火星探测的第一个科学目标,科学家期望在太阳系内能找到第二个孕育有生命和生命活动的天体。科学家相继跟踪火星上的水、甲烷,但都沒有找到生命活动的痕迹。但中国科学家从新近降落的火星陨石中发现,陨石中微细的碳颗粒的碳同位素组成,具有生命来源的特征,证明火星在历史上可能孕育和出现过生命。美国的“好奇号”火星车也发现火星岩石中的有机化合物,表明火星可能出现过生命。

天地联合探火星

“天问一号”由火星轨道器和火星表面巡视器——火星车组成,会完成发射、地火转移、火星捕获、火星停泊、离轨着陆和开展科学探测6个阶段的任务。2021年2月,“天问一号”将到达火星,行程接近4.5亿千米。

期待“天问一号”全面完成科学探测目标和任务,持续提高中国深空探测的关键技术,促进月球与行星科学、太阳系演化学的创新发展。

《小康》·中国小康网:“天问一号”发射成功,让国人很激动。这次“天问一号”火星探测的任务有哪些?

欧阳自远:“天问一号”火星探测器的科学目标为以下5项:1.研究火星形貌与地质构造特征及其变化。探测火星全球地形地貌特征,获取典型地区的高精度形貌数据,开展火星地质构造成因和演化历史研究。2.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。3.研究火星表面物质组成。探测火星表面各类岩石的化学成分、矿物组成与岩石类型及其分布特征,探查火星表面次生矿物的化学组成、分布特征与形成环境。4.研究火星大气层、电离层及表面气候变化与环境特征。探测火星空间环境及火星表面气温、气压、风场,研究天气季节性变化规律。探测火星的电离层结构并研究其成因。5.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。

《小康》·中国小康网:2016年我们立项了这次的火星探测项目,至今也才4年多,我们的脚步这么快,是否得益于我们在月球探测上积累的技术和经验?

欧阳自远:人类开展的深空探测,月球探测是起步,再进一步探测太阳系的行星、小行星,甚至开展行星际的穿越探测。我国开展的火星探测确实得益于我国月球探测的经验积累和技术进步,不断地继承、发展、创新与提高。

我国的深空探测一般都具有五大科学技术系统:火箭运载系统已经从长征三号发展到长征五号火箭;探测器系统由绕月探测器,提高到火星轨道探测器,月球车提升到火星车探测;38万公里的测控系统能力提高到将近4亿公里的测控能力;地面应用系统,从全部接收月球科学探测数据的能力,提升到4亿公里左右距离的全部火星探测数据的能力;探测仪器设备的制作能力不断提高,适合各类天体的环境和科学目标的需求。可以说,中国已经具备向太阳系的星辰大海挺进的能力!

《小康》·中国小康网:和苏联、美国以及欧洲对于火星的探测任务相比,我们的探测会有哪些不同?

欧阳自远:我们这次的火星探测任务是“火星轨道器+火星车”组合协同工作,也就是说,天地联合探测火星是我们最大的特色。其中,火星轨道器在天上围绕火星运行,通过环绕遥感探测,可以对火星表面和大气进行综合性全面调查;火星车通过软着陆在地面上运行,巡视探测,可获得着陆区的气象特征、地形地貌、火星地质构造、表面岩石类型、土壤种类和地下水分布等数据,为火星资源环境和科学研究提供基础资料。

而其他国家,要么就发一个轨道器,要么就发一个火星车,要么发一个着陆器,上面放仪器探测器,比如美国的火星探测计划就是借助“好奇号”火星车将一个配有高精度仪器的巨大实验室搬到火星。

我们要飞得更远

登陆月球和火星只是人类探索太空的一小步,火星着陆巡视,火星取样返回,小行星探测,木星及其他行星的穿越,木星卫星的探测等,是中国未来10年要完成的任务。

我们要飞得更远,我们也有能力飞得更远。

《小康》·中国小康网:这次火星探测任务是否标志我国将开启深空探测的全新阶段,未来在深空探测方面我们的计划有哪些?

欧阳自远:这次“天问一号”发射成功以后所开展的火星探测具有一个鲜明的特点,那就是火星轨道器对火星进行全球性与综合性的探测和火星車对火星局部进行详细勘测,这样就构成了在火星的天上和地上开展联合探测。

我国对下一步的探测也提出了一些初步的设想。我们将实施火星探测与火星采样返回;近地小行星与小行星带的小行星与彗星探测及其采样返回;木星与木星的卫星系统探测和太阳系行星际空间穿越探测等。这些计划都是要向太阳系的星辰大海挺进,将为我国基本实现社会主义现代化做出重大贡献。

《小康》·中国小康网:今年年底“嫦娥五号”即将发射,如果发射成功,我们是否就具备了从月球返回的能力?那么载人登月和载人登陆火星的计划是否是下一阶段的目标?

欧阳自远:2020年年底,我国将发射“嫦娥五号”,实施月球表面取样返回地球。“嫦娥五号”落月后,将开展电铲铲取着陆位置周围的土壤和岩石碎块与碎屑。着陆器上装备有一台自动取样钻孔机,获取2米深的保持原土壤层的层序和结构柱状样品。“嫦娥五号”将从月球带回重量大约2千克的样品,供科学研究、永久保存、科普展览、国家礼品等使用。我们已经组织全国相关的各种类型的先进实验室,发挥各自的特色与优势开展月球岩石和土壤的系统与精细研究。

“嫦娥五号”铲取和钻取的全部样品,都将在现场编号与封装,完好保存在“嫦娥五号”的返回舱内。然后,“嫦娥五号”着陆器携带的上升器与返回舱在月面起飞,与月球近空飞行的飞船交会对接,飞船携带返回舱返回到地球的大气层上空将返回舱分离。返回舱进入地球大气层,最后打开降落伞,着陆在内蒙古自治区的四子王旗。地面应用系统人员在着陆现场接收返回舱内的全部月球样品。

这次发射将为我国载人登月和月球基地建设积累经验和技术。在此基础上,人类将开启重返月球的新征程,并孕育出月球科学的新突破,最终形成人类开发利用月球的能力。关于载人登月和载人登陆火星,各个航天大国都有一些愿景安排,但是都没有提出明确的时间表。