火星為什么成為深空探測首選目標

人類火星探測起步于20世紀60年代，蘇聯(lián)在1960年發(fā)射首顆火星探測器，此后經(jīng)過60多年發(fā)展，從早期的飛越和環(huán)繞探測，到如今的著陸和巡視探測，火星已經(jīng)成為人類探測最多、研究程度最高的類地行星。

火星也是當(dāng)前太陽系探測和行星科學(xué)的焦點?；鹦翘綔y對于研究太陽系早期歷史、探索生命起源具有重要意義，對于認識和保護地球、拓展生存空間具有重要價值，有助于實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。

火星表面

火星的秘密很多

火星是地球的鄰居，而且可能存在生命或適宜生命繁衍，因此成為太陽系最重要的探測目標。

火星距離太陽平均為228萬千米，約是日地距離的1.5倍，它的體積是地球的1/4，重量是1/10，表面重力有地球的40%。夜空中的火星是一顆亮度變化很大的暗紅色星球，像天邊的篝火。

火星位于太陽系宜居帶內(nèi)，環(huán)境與地球非常相似，地表平均溫度-55℃，白天可以達到28℃，夜晚低至-132℃?；鹦亲赞D(zhuǎn)一周24.66小時，與地球的1天相差半個多小時，公轉(zhuǎn)周期687天，相當(dāng)于地球的1.9年，火星有四季變換，每個季節(jié)持續(xù)約6個月?；鹦巧弦灿写髿鈱?，但非常稀薄，而且二氧化碳含量占了95%。

最重要的是，火星存在液態(tài)水。雖然現(xiàn)在火星表面完全干涸，但很多地區(qū)有流水侵蝕痕跡，縱橫交錯的河床顯示，火星曾有大大小小的湖泊和海洋。2002年，美國宣布從火星南極圖像和數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)大量的冰，2018年，科學(xué)家在火星南極冰蓋下發(fā)現(xiàn)20公里寬的液態(tài)水。

人類探測火星的過程與月球相似，隨著技術(shù)進步，正在按照環(huán)繞探測、著陸探測、巡視探測、采樣返回和載人登陸的步驟逐漸深入。目前人類已經(jīng)實現(xiàn)環(huán)繞探測、著陸探測和巡視探測，我國“天問一號”在一次任務(wù)中完成三個探測步驟，成就非常了不起。

天問一號著陸器

目前火星探測已經(jīng)到了采樣返回的階段，我國“天問三號”探測器計劃在2028年發(fā)射，要去火星采樣。美國的毅力號火星車已經(jīng)開始進行采樣任務(wù)，不過這些珍貴樣品要到2033年才能送回地球。

火星探測的科學(xué)意義大

太陽系的起源和演化、尋找地外生命和宜居環(huán)境、行星的起源和演化是當(dāng)代太陽系探測的三大科學(xué)主題，而火星上蘊藏著珍貴線索。

為了探索太陽系的起源，人類不斷尋找太陽系形成的早期物質(zhì)和信息，這些在火星上都可能有所保留。在火星不同位置的采樣分析，對火星形成過程、化學(xué)組成、內(nèi)部分異的研究具有重要價值。

火星的起源和演化為我們提供了地球以外的行星樣本。諸多跡象表明，很久以前，火星具有適宜生命存在的環(huán)境，在經(jīng)歷幾十億年的演化后變成現(xiàn)在的不毛之地。此外，火星磁場非常微弱，無法阻擋太陽風(fēng)高能粒子對星球表面的侵襲，火星上空的大氣同樣存在臭氧層空洞。

這些現(xiàn)象和問題，對于我們研究磁場演變以及磁場對星球的作用、地球臭氧層空洞的影響等很有參考價值，對于我們正確認識地球環(huán)境的變化趨勢，保護地球環(huán)境具有重要意義。

火星探測最重要的方向還是尋找生命痕跡。根據(jù)當(dāng)前研究成果，生命誕生的基本條件是液態(tài)水、能量和構(gòu)成生命的基本元素。目前我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)火星以極地冰和地下水形式存在的水資源，發(fā)現(xiàn)大氣里的甲烷?；鹦情L期位于太陽系宜居帶，溫度、大氣都為生命培育提供了適宜條件，是我們在宇宙中最近的可以找到外星生命的地方。

如果找到生命證據(jù)，將會對人類如何認知宇宙生命產(chǎn)生重要影響。無數(shù)恒星和行星遍布宇宙空間，生命是否普遍存在？如果環(huán)境適宜并具備基本條件，生命就會產(chǎn)生，宇宙將比我們想象的更加熱鬧，而這個秘密可能很快就在火星揭曉。

可以牽引科技發(fā)展

火星探測是一項多學(xué)科交叉、技術(shù)高度集成的系統(tǒng)工程，其關(guān)鍵技術(shù)的突破，將帶動空間天文學(xué)、空間物理學(xué)、空間材料科學(xué)等基礎(chǔ)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展，探測成果將會促進行星學(xué)、宇宙學(xué)、火星生命學(xué)等學(xué)科進步，這些學(xué)科的進展又將帶動更多的基礎(chǔ)學(xué)科交叉、滲透和共同發(fā)展。

火星探測還是當(dāng)今世界最前沿的科技創(chuàng)新活動。與登月相比，火星與地球距離更加遙遠，環(huán)境更加陌生，實施難度和技術(shù)挑戰(zhàn)驟升，已經(jīng)成為國際空間技術(shù)戰(zhàn)略制高點和行星探測的首要目標。

目前人類共開展過47次火星探測任務(wù)，成功率約53%，隨著航天科技能力不斷提升，2000年以后的成功率提升到約80%。即便如此，全世界也只有美國、蘇聯(lián)、歐盟、印度、阿聯(lián)酋等寥寥幾個國家實現(xiàn)了火星探測，能夠在火星著陸的只有美國和中國?？梢哉f，火星探測是國家航天能力的試金石。

“天問一號”實施前，我國對火星無實際飛行經(jīng)驗，無一手環(huán)境數(shù)據(jù)，未提前發(fā)射火星中繼衛(wèi)星，而在一次任務(wù)中實現(xiàn)了火星環(huán)繞、著陸、巡視三大目標?！疤靻栆惶枴毕到y(tǒng)非常復(fù)雜，任務(wù)起點高，技術(shù)跨越大。

這項任務(wù)的成功實施，是集中全國各方面科研力量，集智攻關(guān)、突破創(chuàng)新的結(jié)果，也是我國在大推力火箭、深空測控、軌道設(shè)計、高精度飛行控制、深空自主導(dǎo)航、地外天體著陸等技術(shù)逐漸發(fā)展成熟的結(jié)果，代表我國已躋身全球深空探測先進者行列。

太空移民的首選地

如今我們處于一個科技空前發(fā)達、物質(zhì)極大豐富、人口迅速增長、社會高度文明的嶄新時代，同時也面臨著新的重大危機，如氣候異常、環(huán)境污染、人口爆炸、能源危機等。解決這些問題有兩種途徑，一是加強治理，保護環(huán)境，限制人口，實現(xiàn)有限資源條件下的可持續(xù)發(fā)展；二是沖出地球，開辟新天地，拓展人類整體生存空間。

人類探索宇宙空間的終極目標就是走第二條路，開拓生存空間。隨著火星探測和研究的不斷深入，那里將是人類太空移民的首選地。

在火星表面的美國火星直升機

火星目前的環(huán)境還非常惡劣，無法滿足人類基本生存需求，大氣太稀薄、氧氣含量低、晝夜溫差大。但火星優(yōu)勢更多，它是離人類最近的星球之一，擁有支持生命所需的所有資源。

科學(xué)家們提出設(shè)想，通過進一步增強火星溫室效應(yīng)，提高表面溫度，形成地表水流，培育能進行光合作用的菌類和苔蘚，逐步開展植樹造林計劃，改變火星大氣的成分。經(jīng)過一到兩個世紀的不懈努力和改天換地，可以把火星改造成世外桃源，變成人類的第二家園。

這一切的實現(xiàn)都依賴于人類對火星的詳細探測，我們要調(diào)查火星的礦物巖石，分析火星資源分布和環(huán)境特點，為未來大規(guī)模登陸火星和資源利用打下基礎(chǔ)。今天我們已經(jīng)向這個美好未來邁出了第一步，正如100多年前，人們難以想象可以坐著寬敞的飛機，橫跨大洋去另一個大陸，也許100年后，任何一個地球人都可以坐著航班抵達火星。（作者：楊詩瑞）