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背景资料:人类探测火星的历程

http://www.sina.com.cn 2007年08月03日 10:06  人民网-人民日报

  文/庞之浩

  火星是与地球最为相似,且距离很近的行星,近几十年来,人类在探索这颗“红色星球”的征途上前赴后继。本月,美国又将发射新的火星探测器“凤凰”号,它有望成为首个在火星极区着陆的探测器,对寻找火星生命发起新的强有力的冲击。

  撩开火星神秘面纱

  在有“探测器的坟场”之称的火星上,一块石头或者一阵狂风都有可能使原有计划泡汤。

  1960—1975年间,人类的火星探测进入了第一次高潮。苏联于1960—1964年发射了系列火星探测器,遗憾的是全部失败;1964—1972年,苏联又发射了“火星”系列和“宇宙”系列探测器,大部分遭到失败。其中1971年发射的“火星3”号着陆舱得以在火星表面软着陆,虽然仅发送了20秒钟信号,但它是第一个到达火星表面的探测器。苏联1973年7月发射的“火星5”号进入火星轨道后,成为火星的人造卫星,并发回首批火星照片;1973年8月发射的“火星6”号,在着陆过程中对火星大气进行了观测,发回了火星大气参数。

  美国于1964—1970年发射了“水手”号系列探测器,其中有4个成功地探测了火星,尤其是“水手4”号于1965年7月传回了火星近距离的照片,从中鉴别出火星的多个火山口,还探测到火星的大气密度不足地球的1%。另外,1971年11月进入火星轨道飞行的“水手9”号拍摄了70%的火星表面,并从根本上否定了火星存在运河的说法。从传回的照片上,人们看到由火星风形成的沙粒带状条纹,如同沙漠一样。这些照片只发现了许多干涸的河床,它表明火星上可能曾经存在液态的水。

  1976年7月和9月,美国“海盗1”号、“海盗2”号探测器先后实现了在火星表面成功软着陆的壮举,它们用所携带的精密仪器分析了火星土壤,测量了风速、气压和温度,并确定了火星的大气成分,向地球发回5万多张火星照片,还对火星表面的土壤取样化验分析。它们虽然没有在着陆区域发现任何生命存在的痕迹,也未探测到火星上有任何有机分子,但为后来的火星着陆探测奠定了基础。

  此后,苏联于1988年7月相继发射的“火卫1”号、“火卫2”号探测器,俄罗斯于1996年发射的“火星—96”探测器,都没有成功。美国于1992年发射的“火星观察者”探测器在即将进入火星轨道时与地面失去联系。

  火星是一个危险的目的地。40多年来,世界各国先后向火星发射了30多个各类探测器,但其中一多半都以失败告终,所以火星被称为“探测器的坟场”或叫“死亡星球”,因为火星上的一块石头或者一阵狂风都有可能破坏掉原有的计划。

  实施“火星生命计划”

  “火星探路者”首次用“索杰纳”火星车进行较大范围的考察,找到一些支持“火星生命说”的证据,但火星探测依然困难重重。

  关于火星上是否有生命的争论已经持续了许多年。科学家们预测,像地球一样,火星在诞生之初曾拥有大量水。为了彻底搞清这一重大问题,从1996年起,美国开始实施“火星生命计划”,即每隔26个月发射1—2个不载人火星探测器,以便最终确定火星上是否存在生命。

  1996年11月和12月美国分别发射了“火星环球勘测者”轨道器和“火星探路者”着陆器,它们取得了出人预料的收获。其中,“火星探路者”于1997年7月在火星着陆后首次用“索杰纳”火星车进行了较大范围的考察。它发回了蔚为壮观的火星全色全景照片,使人类对火星地表景象有了直观的认识,并深入了解了火星气候,对火星岩石和土壤也有了初步了解,找到一些支持“火星生命说”的证据。这次的探测费用只是当年“海盗”系列着陆器计划的1/5,表明“更快、更好、更省”的新探测方针是可行的,从而为未来的行星探测开辟了美好前景。

  1997年9月,“火星环球勘测者”进入预定的火星轨道,饱览火星地貌。其中传回的1次沙尘暴图片显示,火星上发生了面积足足有南大西洋那么大的沙尘暴。它发现火星上存在强磁物体,这对正确认识和了解火星的演化历史、探明火星上究竟有无生命存在的条件具有极其重要的价值。从探测器上的激光高度计获悉,火星上有海洋的遗迹,火星北半球存在太阳系中最平整的表面,其他区域则是古代高原。它还发现了火星上的峡谷。人们利用它发回的图片确定了后来发射的“勇气”号和“机遇”号探测器的降落地点。

  然而,美国于1998年底和1999年初发射的“火星生命计划”的第二批探测器都功亏一篑。继1999年9月美国“火星气候探测器”在即将进入预定轨道前烧毁后,原定同年12月3日在火星着陆的“火星极地着陆者”也下落不明。为此,美国宇航局受到各方责难。批评者还将矛头直指宇航局近年来引以为自豪的“更快、更好、更省”的新太空政策,认为人力不足和资金不够是导致火星计划一再受挫的主要原因。有的专家指出,“更快、更好、更省”的目标不可能同时实现,三者只能取其二。

  1998年7月,日本用M5运载

火箭发射了其第一个火星探测器“希望”号,成为世界上第三个发射火星探测器的国家。它原计划用于探测火星大气层和电离层,重点研究太阳风的影响,但在“希望”号将要进入火星轨道之际因出现故障而与地面失去联系。

  新世纪再掀新高潮

  “奥德赛”火星探测器传回的火星南极图像和数据表明,火星上有大量的水冰。

  在经历了失败之后,美国进行了认真的总结和研究,并重振旗鼓,在2001年4月,成功发射了“奥德赛”火星探测器。它所携带的复杂仪器能把有关火星上水的现状及其深度、火星表面的地质构造和所受辐射的特征数据传回地球。2002年3月美国宇航局宣布,“奥德赛”火星探测器传回的火星南极图像和数据表明,火星上有大量的水冰,从而再次激发人类对火星探索的热情。

  2003年6月2日,欧洲航天局用俄罗斯火箭发射了其第一个火星探测器——“火星快车”。该探测器由1个方形轨道器和“猎兔犬2”号着陆器组成,结果“火星快车”轨道器顺利进入火星轨道,并发回大量有用数据,但“猎兔犬2”号着陆器在即将着陆时失踪。

  几乎与此同时,美国在2003年6月和7月先后发射了“勇气”号和“机遇”号“孪生”火星车。它们顺利着陆后在火星表面进行了大范围的探测,并通过所携带的高精尖仪器向地球传回了许多火星表面图片和有关火星岩石、土壤和大气等其他有用数据,其中最重要的是找到了一些火星上有水的证据。它们的工作寿命还大大超过了设计要求的3个月,至今仍在超期服役。

  2005年8月,美国“火星勘测轨道飞行器”升空。它于2006年3月进入火星轨道后不久就发回了首批火星照片。该探测器是当今世界最先进、最大的人造火星卫星,携带了迄今为止最先进的太空探索装备,其成像系统分辨率是以往其他系统的6倍,能拍摄有史以来最清晰的火星地表图片,可进一步研究可能有水的区域,并为之后发射的“凤凰”号火星着陆器和“火星科学实验室”火星车选择安全的着陆地点。在成像任务完成之后,它还将为火星着陆器转发数据。

  “凤凰”号去极区找水

  “凤凰”号面临的最大麻烦是如何能在火星北极安全着陆,它要用“爪子”对火星北部平原的含冰土壤挖掘,以寻找可能存在的水。

  “凤凰”号将是第一个在火星北极地区着陆的探测器。近年来,科学家发现火星北极地区覆盖有大量的冰,所以美国制定了以寻找水为核心的火星探测战略,“凤凰”号就是这个战略的执行者。

  该探测器既不爬到山丘上张望,也不下到撞击坑内去漫游,而是一个固定着陆器,它要用“爪子”挖掘火星北部平原的含冰土壤,以寻找可能存在的水。“凤凰”号装配了机械手、显微镜电化学与电导率分析器、机械手相机、表面立体成像仪、热和演化气体分析仪、火星下降成像仪等多种科学探测工具,其中由加拿大研制的气象站是“凤凰”号上唯一专门研制的新仪器,它将对火星大气中的水和尘埃进行评定,记录火星北极每天的天气状况。

  “凤凰”号将不像“火星探路者”、“勇气”号和“机遇”号火星车通过气囊着陆在赤道地区,而是靠减速推力器的制动作用着陆在富含水冰的火星北极地区。此前最近的一次尝试用减速推力器着陆火星的是1999年12月3日准备在火星着陆的“火星极地着陆者”,但失败了。原因是当时获取的有关火星地形的信息有误,即“火星极地着陆者”的腿在降落打开时,由于错误的信息使减速推力器提前关闭,最后“火星极地着陆者”直接撞上了火星表面而四分五裂。这次“凤凰”号之所以不使用气囊着陆是因为其质量太大,达328千克,用气囊难以保证软着陆的安全。

  遥望新一代火星车

  新一代火星车约有一辆吉普车大小,依靠核能来工作,用“空间起重机”登陆,“火星生命计划”结束后,科学家将为载人火星探索做各种准备。

  2009年或2011年,美国还将发射“火星科学试验室”火星车,这将是地表探测技术的一次飞跃性的进步,同时也将为未来的火星采样任务铺平道路。这种新一代火星车约有一辆吉普车大小,比目前仍在火星上工作的“勇气”号和“机遇”号大几倍;其穿行能力也将得到更多改善,可在坡度为60度的斜坡上正常行驶;它的

能源供应也有质的飞跃,“勇气”号和“机遇”号火星车主要靠
太阳能
电池提供能源,而新型火星车将依靠核能来工作,使用放射性同位素电力系统取代目前火星车上使用的太阳能电池板,因而可大大增加漫游车的行程和使用寿命,提高其开展实验活动(如钻探)的能力。新型火星车最引人注目的是用“空间起重机”登陆。“火星科学试验室”能对火星上一些“死角”进行考察,进一步探索火星上是否有生命存在。

  美国争取在2014年之前带回第一批火星岩石和土壤标本,以确定火星上是否有生命。随着“取样返回”任务的完成,美国“火星生命计划”也将结束。此后,美国将为载人火星探索做各种准备,以期最终实现载人登陆火星。

  火星什么样(国际资料库)

  火星是太阳系九大行星之一,按离太阳由近及远的顺序排列为第四颗。火星有很多特征与地球相似。它和地球一样有着一年四季的变化;火星的自转和地球十分相似,自转一周为24小时37分22.6秒,火星上的一昼夜比地球上的一昼夜稍长一点。火星公转一周约为687天,火星的一年约等于地球的两年。火星赤道半径为3395公里,约为地球的一半,体积不到地球的1/6,质量仅是地球的1/10左右。火星的内部和地球一样,也有核、幔、壳的结构。火星大气比地球的稀薄,其中95%是二氧化碳,约3%是氮,还有数量极少的氧和水汽等。

  火星表面的平均温度比地球低30摄氏度以上,稀薄而干燥的大气使它表面的昼夜温差常常超过100摄氏度。沙尘暴是火星的奇特现象之一,局部的沙尘暴在火星上经常出现,有时候风速差不多是地球上12级台风的6倍,这种沙尘暴往往会覆盖半个甚至整个星球。

  根据探测资料,火星表面上的地理特征主要有环形山和火山、峡谷、河床等。其中,最引人注目的特征是位于赤道地区的大峡谷,最大的水手谷由一系列峡谷组成,在赤道地区延伸5000多公里,比周围地面低6公里。有研究认为,火星上曾经存在过大量稳定的水,由于远古火星温度较高,液态水形成海洋,后来温度下降,水被冻结在永冻土层中或地表以下。

  (王 纲)

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