視覺中國供圖

國家航天局公布的天問一號探測器拍攝的高清火星影像圖新華社發(fā)（國家航天局供圖）

　　無數(shù)次的深情凝視，只為心無旁騖地投向你的懷抱。

　　5月15日，在環(huán)繞火星飛行探測了3個多月后，天問一號著陸巡視器終于穩(wěn)穩(wěn)地落在火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)。這個名字源于屈原《天問》的著陸巡視器，滿載著中國人“九天之際，安放安屬？隅隈多有，誰知其數(shù)……”的疑問，探尋這顆紅色星球的前世今生。

　　千萬里的跋涉，只為你而來。中國火星探測的首選地為何花落烏托邦平原？火星上的高地、山脈、峽谷又是如何形成的？載人探火的選址會有所不同嗎？隨著火星探測事業(yè)的發(fā)展，人類對于火星的種種疑問，也將被一一解開。

????是否“曾經(jīng)滄?！?去烏托邦平原看了才知道

　　從20世紀60年代至今，火星的天幕上，便屢見天外來客。1960年至2019年，國際上的火星探測任務(wù)共有44次，但其中成功和部分成功的只有22次，是風險最高的航天任務(wù)之一。

　　1997年，“旅居者”號火星車在火星的克里斯平原阿瑞斯谷著陸，這是人類送上火星的第一臺火星車。2004年，美國“勇氣”號、“機遇”號這對雙胞胎火星車先后登陸子午線高原和古謝夫撞擊坑。更大、更重、功能更強的“好奇”號火星車則于2012年8月在蓋爾撞擊坑登陸。今年2月，美國“毅力”號火星探測器降落在火星北半球伊西迪斯平原西側(cè)的杰澤羅撞擊坑。

　　“陌生星球的著陸點選擇，要受工程約束和科學目標的雙重限制，既要有科學意義，也要易于工程實現(xiàn)。”中國航天科工二院研究員、國際宇航聯(lián)空間運輸委員會副主席楊宇光道出了選擇火星著陸點的玄機。

　　“出于工程安全的需要，著陸區(qū)一般選擇在赤道附近的低緯度區(qū)域，以保證火星車的太陽能電池板能獲得足夠的太陽光照，而且那里夏季白天溫度為20多攝氏度，利于設(shè)備正常工作；第二是著陸點附近區(qū)域要平坦，盡量避免存在大塊巖石，確保探測器著陸時不會傾覆；第三是著陸點海拔要低，探測器著陸的過程十分兇險，地勢越低，越能為探測器著陸爭取緩沖時間?！睏钣罟庹f。

　　工程安全讓科學探測如虎添翼?！暗弥晒Φ哪且豢烫恿耍兄x這些航天工程專家，如果沒有他們，我們的科學目標就沒法實現(xiàn)?！?月15日凌晨，中國首次火星探測任務(wù)預(yù)先科學研究團隊成員，中國科學院地球化學研究所月球與行星科學中心、中國科學院比較行星學卓越創(chuàng)新中心研究員趙宇鴳便不斷刷新著各種網(wǎng)頁，捕捉天問一號的最新動態(tài)。

　　趙宇鴳和她的合作者們曾圍繞天問一號備選著陸區(qū)開展過地質(zhì)環(huán)境的背景調(diào)查，“烏托邦平原是國際天文聯(lián)合會于1973年命名的，它是太陽系中最大的撞擊盆地，直徑約3300千米。它地處的火星北半球，在距今約40億年前就形成了。有一些科學假說認為，烏托邦平原曾經(jīng)有海洋，并存在著與水有關(guān)的地貌特征，如嚴重退化或掩埋的撞擊坑，這可能是由于沉積物被壓實導(dǎo)致；分布于中緯度地區(qū)的指紋地貌，可能是冰川或火山作用形成；巨型多邊形地貌，可能是由熱收縮作用導(dǎo)致永久凍土開裂形成。但烏托邦平原的古海洋還有待進一步探測，畢竟現(xiàn)在人類對火星北半球的研究程度還很低”。

　　特殊地理、氣候環(huán)境?讓火星北極地質(zhì)具有獨特性

　　從太空俯視火星，這顆紅色星球云集眾多地質(zhì)奇觀。火星上的奧林帕斯山是太陽系中已知最高的火山，高約2.6萬米，約為珠穆朗瑪峰的3倍。

　　據(jù)美國國家航空航天局（NASA）分析，這極有可能是因為火星重力小，火山爆發(fā)率高，因此火星上的造山熔巖流動持續(xù)時間比在地球上長得多。

　　在趙宇鴳看來，“火星殼至今還沒有發(fā)現(xiàn)板塊運動的痕跡，這使得上涌的巖漿會在一個區(qū)域上不斷堆積，逐漸形成單一巨大的火山”。

　　火星的另一項地質(zhì)紀錄是擁有太陽系中最深的峽谷，即靠近其赤道的水手峽谷，它長約4000千米，最深的地方為7千米，可媲美地球的東非大裂谷。“由于奧林帕斯山所在的薩希思火山省不斷隆升，造成鄰近區(qū)域火星殼的拉張陷落，水手大峽谷由此形成。有科學家對比了水手大峽谷兩岸的巖層，發(fā)現(xiàn)沒有發(fā)生錯動。但有關(guān)火星北部平原的形成，科學界還一直沒有達成共識?！壁w宇鴳說。

　　趙宇鴳曾參與“機遇”號、“鳳凰”號和“好奇”號的數(shù)據(jù)分析。她介紹，科學家發(fā)現(xiàn)在不同的著陸點，火星車觀測到不同的局部環(huán)境，指示火星表面的地質(zhì)多樣性。例如，“機遇”號火星車在火星子午線高原的沉積記錄中發(fā)現(xiàn)赤鐵礦小球，科學家推測這可能是由硫酸鐵氧化轉(zhuǎn)變而成；“勇氣”號火星車在古謝夫撞擊坑發(fā)現(xiàn)了熱泉環(huán)境；“鳳凰”號在火星北極著陸點的土壤中發(fā)現(xiàn)了水冰、碳酸鹽、高氯酸鹽等；“好奇”號在蓋爾撞擊坑發(fā)現(xiàn)了流水活動的證據(jù)以及湖相沉積物。同時，受區(qū)域或全球性塵暴的影響，火星表面還廣泛存在著一層成分較為均一的、富含硫和氯的火星塵埃，火星土壤的細粒組分較粗粒組分更為均一。

　　火星的“容顏”逐漸被人類揭開，其中，火星南北極最令趙宇鴳神往?！皹O地的探測很難，那里日照短、寒冷，但地貌豐富，人類可以通過冰蓋的活動，判斷火星氣候變化，分析演化歷史。”她解釋道，火星北極的冰蓋，下面是水冰，上面是干冰，冬季極區(qū)有時會擴張到北緯55度，天暖時又回縮，這個過程會導(dǎo)致大氣氣壓的變化，形成很大的風，所以極區(qū)的邊緣容易出現(xiàn)塵暴。

　　“火星北極特殊的地理、氣候環(huán)境，也讓那里的地質(zhì)具有獨特性。例如高氯酸鹽鮮見于地球自然界，它往往被人工合成用于火箭燃料等，但它卻被發(fā)現(xiàn)于火星北極土壤里，而且是該區(qū)域氯元素的主要存在形式，在火星其他著陸點和火星隕石中，氯的存在形式主要類似地球的石鹽。我們的研究認為，在極低溫度和干燥環(huán)境下，凍融過程會使表土不斷富集高氯酸鹽而不是石鹽，這個現(xiàn)象即使在地球極地也是沒有的。”趙宇鴳表示。

　　趙宇鴳分享，今年“毅力”號火星車登陸的杰澤羅撞擊坑，在“當選”著陸點前，有一位強勁的競爭對手——古謝夫撞擊坑?！啊職狻栐ミ^那里，其著陸之前，科學家認為那里以前是湖，因為撞擊坑外有河道流向，結(jié)果著陸后探測發(fā)現(xiàn)地表物質(zhì)以玄武巖為主，完全是火山環(huán)境?！彼f。

　　她介紹：“‘勇氣’號任務(wù)后期又發(fā)現(xiàn)了富硅的沉積物和硅華，在顯微鏡下看，硅華呈指凸狀，從外形看，這與南美洲阿塔卡馬沙漠中熱泉中的硅華相似。而熱泉可以為生命提供能源、水以及組成生命必需的物質(zhì)，科學家團隊在切開阿塔卡馬沙漠熱泉的硅華后，發(fā)現(xiàn)其中有生命的痕跡?！?/p>

????未來載人登陸火星?赤道附近低平、有水區(qū)域或是首選

　　人類邁向深空探索的腳步從未停歇?！拜d人探火一直是國際太空計劃的目標?！壁w宇鴳介紹，自1950年以來，涉及載人探火任務(wù)的概念性工作一直在進行。歐洲航天局制訂的“曙光計劃”中就有一項在2033年載人探火的旗艦任務(wù)。

　　如果有一天人類踏上火星，又該選擇什么樣的落腳點？“相較于火星車著陸，載人探火要解決人的生存問題?！壁w宇鴳說，熱源、水、氧氣以及返回地球的燃料，都將決定人類能否駐足火星。

　　“火星很冷，要尋找足夠的熱源，所以未來載人探火的選址，地勢要低平，最好處于赤道附近，便于吸收熱量。后期航天員返航時發(fā)射火箭，在赤道附近也會相對節(jié)省燃料。就水而言，目前沒有探測到火星有流動的水系，有一些遙感觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)火星山脈暴露的斷層里夾雜冰層，但這些地區(qū)溫度很低，冰被凍了很久，很堅硬，很難開采。如果能提取出近地表的蒸發(fā)鹽中保存的水，或許也可以選擇富集這些鹽類的區(qū)域著陸，以便提供補給，同時水也可以用于制氧。”趙宇鴳說。

　　氧氣是生命的重要支撐，目前在火星上也有了部分來源。趙宇鴳介紹，“毅力”號著陸火星杰澤羅隕石坑后，首次成功制氧，“火星車從火星大氣的二氧化碳中提取氧氣，1小時制取的氧氣可以供航天員呼吸約10分鐘，這是很大的突破，目前我國也有科學家在做相關(guān)的技術(shù)研究”。

　　“從技術(shù)層面說，眼下，載人探火需要解決防輻射、巨型探測器著陸、降低成本等難題。”楊宇光說，人類往返火星的防輻射能力首當其沖，但載人探火沒有繞不過去的坎。

　　“歐洲曾經(jīng)做過研究，一個航天員職業(yè)生涯接受輻射的劑量不能超過1西弗。但受發(fā)射窗口約束和變軌能力限制，人類僅往返火星和地球間就需要一年半以上的時間，如果中途再遇到太陽活動爆發(fā)，銀河宇宙線加持，就會影響航天員的生命安全。”楊宇光說。

　　趙宇鴳表示，“好奇”號的火星輻射環(huán)境實驗發(fā)現(xiàn)，火星表面的輻射暴露量約為國際空間站的2.5倍，而地火間往返旅行將受到的輻射為0.66±0.12西弗。

　　“但這并非沒有辦法解決，可以加厚航天員居住艙的金屬屏蔽層來防輻射，居住艙最好能重復(fù)使用，否則成本太高。不過這個問題如何解決，現(xiàn)在沒有定論?！睏钣罟馔茰y，載人往返火星路程遙遠、載荷龐大、系統(tǒng)復(fù)雜，飛船可能重達數(shù)百噸以上，這意味著單次載人往返火星的成本預(yù)計要在千億美元量級。

　　“如果要考慮在火星表面建立科考站，還要考慮人員定期往返和樣本往返的問題?；诤朔磻?yīng)堆的電推進技術(shù)，可能是一種途徑?！睏钣罟庹f，相較于地球，火星接收的太陽能少很多，所以火星科考站的建立需要很高的儲能實力以抵御風暴天和極夜。而兆瓦級以上的基于核反應(yīng)堆的電推進技術(shù)，可以提供更多動力來源，會使整個任務(wù)規(guī)模比太陽能電推或化學推進小很多，但人類目前的火箭發(fā)射技術(shù)難以保證每一次發(fā)射都成功，如果發(fā)射時爆炸，核污染是難以想象的。而建立核反應(yīng)堆，冷卻也是需要解決的關(guān)鍵問題。

　　火星旅游必打卡景點指南

　　景點一：奧林帕斯山

　　它高約2.6萬米，大致相當于珠穆朗瑪峰高度的3倍，是太陽系中已知最高的火山。

　　它的形成極有可能是因為火星重力小，火山爆發(fā)率高，因此火星上的造山熔巖流動持續(xù)時間比在地球上長得多。此外，火星殼至今還沒有發(fā)現(xiàn)板塊運動痕跡，這使得上涌的巖漿會在一個區(qū)域上不斷堆積，逐漸行成單一巨大的火山。

　　景點二：水手峽谷

　　它靠近火星赤道，長約4000千米，最深處7千米，是太陽系中最深的峽谷。

　　由于奧林帕斯山所在的薩希思火山省不斷隆升，造成鄰近區(qū)域火星殼的拉張陷落，水手峽谷由此形成。

????景點三：北極

　　這里雖然日照短、寒冷，但地貌豐富，人類可以通過冰蓋的活動，判斷火星氣候變化，分析其演化歷史。

　　此外，這里還有地球自然界鮮見的高氯酸鹽，它在地球上往往被人工合成用于火箭燃料等。


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