探索器抵达火星，人类已走出地球

文/陈根

尽管新冠疫情主导了2020年的世界,使社会进入低迷状态,但人们在星际的探索却并未停下脚步,火星就是其中的一个重要窗口。

2020年7月,阿联酋“希望号”、中国“天问一号”和美国“毅力号”相继发射太空,开始了火星探测。随着3个探测器的升空,全球掀起了火星探测热潮,2020 年也因此成为人类火星探索的一个大年份。

2021年2月,三个国家的火星探索器先后抵达。阿联酋火星探测器“希望号”2月9日首先到达目的地;中国“天问一号” 两天后(2月11日)抵达目标轨道;美国“毅力号”也于上周成功着陆。

火星赶集,赶了什么热闹?

一个火星,不同目的

当前,阿联酋“希望号”、中国“天问一号” 和美国“毅力号”已先后抵达至火星,它们为一个共同的大目标而来,即研究火星地质环境和大气层,寻找古老的微生物生命迹象。但三国的火星探测器却各有目的,并且需要完成不同的任务。

阿联酋“希望号”火星探测器于北京时间2020年7月20日凌晨5点58分从日本种子岛航天中心发射升空。这不但是阿联酋史上第一次,还是阿拉伯世界的首次星际探索。

阿联酋的“希望号”类似于火星的气象卫星,绕火星做近赤道轨道运行,收集星球上不同区域在不同季节和不同时间的全天候气象数据,以及其他相关数据,以期帮助地球上的科学家更全面地了解和掌握火星的气候条件。

事实上,火星也曾经和地球一样遍布江河湖海,现在却呈现干枯、荒芜的状态。“希望号”通过探索成像仪、红外光谱仪以及紫外光谱仪对火星气候及天气进行探测研究,主要任务就包括探测、研究火星大气层。科学家们也希望通过此次探索进一步了解火星空气和水分流失的原因和过程。

“希望号”也是这一轮火星探索行动中唯一不在火星着陆的探测器。根据计划,“希望号”经过约200天的飞行,将2021年2月抵达火星轨道,正如所计划的那样,“希望号”在2月9日首先到达目的地,也正好是阿联酋成立50周年。同时,“希望号”还将绕火星轨道运行至少一个火星年,相当于地球上687天。它收集的数据预计2021年9月开始陆续传回地球。

中国的“天问一号”主要任务则是地质勘测。针对火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构等展开科学研究。

“天问一号”用雷达“透视”几千米深的地层,采集岩石土壤等样本,绘制火星地质结构图,探测火星磁场,以解开火星磁场的演变历史。 这也是我国首次自主执行的火星探测任务,将一步实现火星环绕、着陆和巡视探测,获取丰富、立体、多样的火星探测科学数据,这在世界航天史上尚无先例。

美国国家航空航天局(NASA)的“毅力号”则担负着寻找火星古老生命(微生物)迹象的任务,这是NASA第五次登陆火星。“毅力号”将收集岩石标本,希望从中发现可能的线索,解答火星上到底是否曾经有生命存在的问题。

“毅力号”也是迄今为止送到另外一个星球着陆的最大、最先进的探测器,重达一吨,每天可以自动行驶200米距离。该探测器配备了19台相机,两个麦克风,可以用来捕捉录制火星上的声音。

“毅力号”除了配备可以直接探测现在和古老生命迹象的仪器,还有一架1．8公斤重的无人飞机,准备在火星上试飞,这也将成为无人机在另一个星球环境下首次飞行。

“希望号”、“天问一号”和“毅力号”已经共同开启了新一轮火星探索周期。而火星作为太阳系中与地球环境最为相似的行星,了解火星对研究地球早期历史和生命起源显然有着重要价值,这也对人类拓展生存空间具有重要意义。

至所未至,知所未知

之所以将人类最好的科技资源投入到冰冷、荒凉、充满辐射的“沙漠星球”,并在2020年与2021年形成火星赶集的热潮,是因为这与人类走向未来的太空时代密切相关。

首先,地球与火星之间的距离在不断改变,两颗行星各自以不同的速度和距离绕太阳公转。地球和火星最远的距离有大约4亿公里,最近的距离则是5600万公里。每隔26个月,就会出现一个飞火星的最佳时间段,也就是所谓的“窗口期”。这个时段地球位于最适合飞往火星的位置,火箭燃料消耗最少。

2020年之所以被称为“火星年”,就是因为地球和火星距离最近,发射火星探测器需要的燃料最少。因此,各个国家都相继投入大量的财力物力对火星进行探测。比如,“毅力号”作为美国宇航局第五辆成功登陆火星的火星车,当任务结束时,就将耗资近30亿美元。

其次,火星作为太阳系八大行星中第四颗,是一颗类地行星。约45亿年前,宇宙形成的初期,火星同地球一样,其表面也有水流的流动。然而,到了30亿年前左右,地球上出现了光合作用,并产生了生命。火星的水却逐渐消失,变成了一个又冷又干的星球。

显然,火星的生态环境,由好变坏的过程,值得人们去探寻。如果地球的两个邻居都因某种原因,环境从友好到恶劣,那么从中探寻其原因,或许将能避免地球“重蹈覆辙”。

因此,探索火星的气候变化以及地质的演化,对于保护地球、拓展人类生存的疆域,具有非常重要的意义。可以说,火星是人们整个深空探测领域,除月球以外的第二重要的研究星球。

最后,探索火星不论是对于国家,还是全体人类,都具有前瞻性的意义。从国家层面来看,航天航空技术集结了多种前沿科技,而一国的科技实力已经很多程度上彰显着一国的国力。事实上,太空时代的阿波罗计划,很大程度上就是出于军事和地缘政治的考虑。

包括通讯技术、互联网技术,有太多的技术变革都是从阿波罗计划中延伸出来的。探索火星也需要通过无数工程和技术上的创新,而这些创新,很可能会引发下一次的技术革命,使未来的人类生活再一次超越现在所能想象的一切。而对于科技高地的抢占,已成为当前大国关系的重要内容。

从全体人类的角度来看,地球并不安全。与水星、金星比起来,火星最接近太阳系“宜居带”,是除地球之外,被认为最有可能孕育和存在生命的另一颗行星。对于火星的探索,其最深远的意义可能就在于对人类文明的“物理拷贝”。在地球面临极端情况下,延续人类文明的发展。

人类自出现在地球的那一刻起,就一直不停地为生存空间和生存环境而奋斗。倘若未来地球上真的发生灾难性战争、超级传染病、严重天体撞击、全球性自然/地质灾害、人工智能失控、纳米机械风暴等危急状况时,少量居于火星上的人类将能够为人类的文明延续提供希望。

2020年,SpaceX创始人埃隆马斯克曾提出计划——在2050年内向火星移民100万人,而这一言论在当下被大多数人评论为“荒诞”。但随着火箭运载能力的不断提升、火箭可回收可复用技术的逐步成熟,Spacex“星舰”飞船原型机实验的稳步推进,从发射技术与经济性角度看,人类在 2030年之间完成载人火星探索任务已成为高概率事件。

至所未至,知所未知。人类已经在走出地球,走向太空迈出了许多个“关键一步”。人类的文明虽然是人类创造的,但更需要由人类来守护。