火星“情報局”,你想知道的都在這里

來源:科普中國作者:武玥彤 張蕃責任編輯:安思翰
2020-08-14 03:00

火星是離地球較近且環境最相似的星球,一直是人類走出地月系統開展深空探測的首選目標。人類已對火星實施了44次探測任務,其中成功了24次,火星是目前人類認識最深入的行星之一。

地球的“姊妹星”之火星檔案

火星是離太陽第四近的行星,大小處在地球和月球之間,平均赤道半徑為3398km,約為地球的1/2,月球的2倍;火星運行軌道為明顯的橢圓形,繞日公轉周期為687天,約為2個地球年。

火星的自轉軸傾角和軌道偏心率都會發生周期性變化,自轉軸傾角的變化周期為120萬年,變化范圍為14.9°-35.3°(現在為25°),偏心率的變化周期約為200萬年,變化范圍為0.004-0.141(現為0.097)。

在太陽系八大行星中,其物理性質和化學性質與地球最為相近?;鹦菗碛懈呱?、平原和峽谷等多種地形,南方充滿隕石撞擊的高地和峽谷,北方則多是被熔巖填平的平原,由于自轉軸傾角和自轉周期與地球相近,火星的晝夜長短及四季變化與地球也幾乎一樣。

火星:地球的過去還是未來?

火星探測取得的成果最為豐富,特別是水的發現,極大地激發了人們在火星上尋找生命的熱情,火星上是否存在孕育生命條件以及火星是地球過去還是地球未來,成為火星研究重大科學問題。研究火星對認識地球演變具有非常重要的比較意義。

同時基于現有航天能力,飛行時間8-10個月可到達,相比更遠的行星和衛星,任務周期較合適;火星與地球有最接近的環境,使得機器人或人類駐/住火星成為可能。因此在載人登月之后,火星成為人類登陸行星的首選目標。

相比于月球探測,火星探測任務的難度更大。由于火星相對地球距離較為遙遠,對發射、軌道、控制、通信和電源等技術都提出了很高的要求??紤]到風險、成本等因素,地球航天器到火星的最佳路線為1925年提出的“霍曼軌道”。由于該軌道每26個月才能出現一次,且最近“霍曼軌道”形成時間為2020年夏,所以近期各國火星探測計劃均集中在該時間段。

“三大步”向著火星邁進!

自1996年以來,幾乎每個發射窗口都有火星探測器發射,按技術水平和任務內容來劃分,人類火星探測大體分為三個階段。

第一階段:研究初期的飛越探測(1960-1970)

這一階段國際探空探測尚處研究初期,相關國家主要以火星飛越探測、傳送火星圖片與探測大氣參數為主,但探測任務成功率并不高,僅有一例成功完成任務。1962年,前蘇聯發射“火星1A號”探測器被認為是國際火星探測的起點,但該探測器在飛往火星的途中與地面失去聯系,最終失敗。此后,前蘇聯的“火星1號”與美國的“水手3號”等火星探測器探測任務也宣告失敗,直到1965年終于由美國的“水手4號”首次完成火星飛越,成為首例成功探測火星的人造衛星。到了六十年代中后期,美國與前蘇聯對火星的探測熱情有所減弱,轉而集中探測金星。

第二階段:初步了解火星表面(1970-1990)

上世紀七十年代初期,美蘇重新展開火星探測活動,以軌道環繞與著陸探測為主,主要任務包括傳輸圖像、探測大氣、磁場、地表溫度等。

在此階段,探測任務成功率明顯提高,包括“水手6號”在內的多顆探測器順利完成任務,尤其是1971年發射的前蘇聯“火星3號”探測器,成功登陸火星成為首顆火星著陸器。1972年,美國“水手9號”到達火星,成為了火星第一顆人造衛星。進入冷戰后期,美蘇兩國對于深空探測的投入減小,僅前蘇聯發射兩顆火星衛星探測器,且全部失敗?;鹦翘綔y的主要方向由發射探測器轉為研究歷次發射所得資料數據。

第三階段:探尋火星生命跡象(1990-至今)

冷戰結束后,火星探測重新成為深空探測的熱點。以美國為首的多個國家地區分別開展火星探測活動,探測方式主要為著陸探測,主要目標是尋找火星水存在的證據和生命跡象。期間共發射過“火星快車”“勇氣號”“機遇號”和“好奇號”等多顆探測器,成功找到了火星水存在的證據。

7月23日,令人期待矚目的“天問一號”任務將一次實現“繞著巡”三步走,即對整個火星進行全球觀測、成功著陸火星,以及火星車進行巡視勘測。(光明網記者 武玥彤 張蕃)

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