分享 | 穿越星际:探索火星,到火星上看一看

2018/8/10 10:58:10

来源:钱学森图书馆

 

 

WDCM上传图片

WDCM上传图片

8月4日的穿越星际电影公开课上,上海航天第808研究所高级工程师、资深航天情报研究者王燕老师与学员亲切互动,带领大家探索火星,从专业视角欣赏影片《火星救援》。

 

 

 

认识火星

WDCM上传图片

 

火星是太阳系八大行星之一,是太阳系由内往外数的第四颗行星,属于类地行星。

人类对火星的探索可以追溯到几千年前。古埃及人曾把火星作为农耕之神来供奉。后来,古希腊人把火星作为战神阿瑞斯,而古罗马人继承了希腊人的神话,将其称为“战神玛尔斯”。火星在中国古称“荧惑星”,这是由于火星呈红色,荧光像火,在五行中象征着火它的亮度常有变化;而且在天空中运动,有时从西向东,有时又从东向西,情况复杂,令人迷惑,所以中国古代叫它“荧惑”,有“荧荧火光、离离乱惑”之意。

1
火星的自转与公转

WDCM上传图片

火星与太阳平均距离为1.52AU(天文单位),公转周期为687地球日,1.88地球年。也就是说,火星的一年大约相当于地球的两年。火星自转轴倾角和地球的相近,因此也有四季,只是季节长度约为两倍。

火星轨道和地球的一样,受太阳系其他天体影响而不断变动。火星和地球绕太阳公转轨道都非正圆,尤其是火星轨道更扁。

 

2
火星大冲

WDCM上传图片

在太阳系的行星大冲之中,火星大冲是最为典型而壮观的。

火星冲日是指地球在火星和太阳之间时的天象。火星和地球绕太阳公转轨道都非正圆,尤其是火星轨道更扁,且二者公转周期不同,在公转过程中就会出现会合。当火星和太阳正好分处地球两侧,三者几乎成为一条直线时,便是“火星冲日”。一般来说,火星冲日时,火星离地球较近,它的亮度也是一年当中最亮的。

火星冲日每隔两年发生一次,当发生火星冲日时,火星恰好位于公转轨道的近日点附近,这就是火星大冲。火星如果恰好位于近日点附近,就称为火星大冲。火星大冲每15或17年才会发生一次,下一次则要等到2035年9月16日。

3
火星小知识

WDCM上传图片

火星的体积是地球的一半,重量是地球的十分之一。在接受太阳照射的地方,近日点和远日点之间的温差将近160摄氏度,火星的大气密度只有地球的大约1%,非常干燥,温度低,表面平均温度是零下55摄氏度,最低温度可达零下100摄氏度,最高温度也仅有20摄氏度,水和二氧化碳易冻结。火星基本上是沙漠行星,地表沙丘、砾石遍布,没有稳定的液态水体。二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷,沙尘悬浮其中,火星上最高风速达到144千米/小时,每年常有尘暴发生。

4
火星的地貌

WDCM上传图片

与地球相比,火星地质活动较不活跃,地表地貌大部份于远古较活跃的时期形成,有密布的陨石坑、火山与峡谷,包括太阳系最高的山和最大的峡谷——奥林帕斯山和水手号峡谷。另一个独特的地形特征是南北半球的明显差别:南方是古老、充满陨石坑的高地,北方则是较年轻的平原。

奥林帕斯山
奥林帕斯山(OlympusMons)是太阳系最高的火山。奥林帕斯山火山口深约3公里,顶峰高26公里,平均高度22公里,是地球上珠穆朗玛峰的三倍。奥林帕斯山是一座由于大量喷发和熔岩层叠堆积而形成的巨型火山,火星上的低引力和非常微弱的地表地质构造活动促使了这座巨大火山的形成,火山周边几乎都围绕有4千米长的悬崖峭壁,火星上的火山活动大约在200万年前停止,但是科学家不排除奥林匹斯火山将来会有重新“觉醒”的可能性。

WDCM上传图片

水手号谷

水手号谷(Valles Marineris),或称为水手号峡谷、水手峡谷或水手谷,命名来自水手9号,是火星最大的峡谷,也是太阳系最大最长的峡谷。它是在1972年由水手九号宇宙飞行器发现的,其长度与纽约到洛杉矶的距离相当。太阳系最大的峡谷将火星的脸画出一道宽大的割痕,名为水手峡谷的雄伟山谷前后延展了超过4500公里,最宽处超过600公里宽,往下约有8公里深。

WDCM上传图片

 

探测火星

WDCM上传图片

 

人类使用空间探测器进行火星探测的历史几乎贯穿整个人类航天史。

大约每隔26个月就会发生一次火星冲日,火星冲日意味着这时可以使用较小花费将探测器送往火星,因此人类的火星探测活动通常也会每隔26个月出现一次高潮。几乎就在人类刚刚有能力挣脱地球引力飞向太空的时候,第一个火星探测器也开始了它的旅程。最早期的探测器几乎都失败了,而火星探测也就是在一次又一次的失败中不断前进。人类开展火星探测始于二十世纪六十年代,如今已实现了飞越、环绕、着陆、巡视等多种形式的探测,获取了火星大气、地形地貌与地质构造、表面物质、内部结构等多方面成果。

1
火星探测器

 

 

 

WDCM上传图片

 

 

从上世纪九十年代至今,几乎每个发射窗口(周期约26个月)均有火星探测器发射,先后有7个轨道器进入火星轨道、4辆火星车登陆火星。
轨道器

 

?

火星全球勘测者

WDCM上传图片

美国于1996年11月7日发射的火星全球勘测者探测器。它是

美国火星生命计划的一部分,主要任务是拍摄火星表面的高分辨率图像,研究火星的地貌和重力场探测火星的天气和气候,分析火星表面和大气的组成。


?

奥德赛号

WDCM上传图片

2001火星奥德赛号是美国国家航空航天局的火星探测卫星,主要任务是寻找水与火山活动的迹象,于2001年升空。这次任务的名称是根据电影《2001太空漫游》来命名的。

?
火星勘测轨道飞行器

WDCM上传图片

火星勘测轨道飞行器是美国国家航空航天局的2005年火星探测计划之一。主要目的是将一枚侦察卫星送往火星,以前所未有的分辨率进行详细考察,并且为往后的火星地表任务寻找适合的登陆地点,同时为这些任务提供高速的通讯传递功能。

?

火星快车

WDCM上传图片

火星快车是欧洲航天局研制的第一个火星探测器,目前已检测出火星中的甲烷含量及火星上有水的大量证据。除了科学方面的任务,“火星快车”还提供地球与其他国家部署的登陆车之间的通信中转服务,由此成为国际火星探索工作的枢纽部分。

 

?
MAVEN

WDCM上传图片

MAVEN是Mars Atmosphere and Volatile Evolution(火星大气与挥发物演化任务)的缩写。2014年9月22日进入火星轨道,它的使命是调查火星大气失踪之谜,并寻找火星上早期拥有的水源及二氧化碳消失的原因。


?
曼加里安

WDCM上传图片

曼加里安是印度自主研发的火星探测器,为无人驾驶的飞行器,于2013年11月发射。该探测器将会对火星表面、天气、矿藏等进行研究。“曼加里安”号所采集的数据将有助于更好地理解星球形成原理、生命产生原因、宇宙物质存在等。


?
ExoMars

WDCM上传图片

ExoMars(Exobiology on Mars)是一个由ESA和NASA进行的非载人火星探测任务,2018年ESA的火星车将发射。主要的科学任务有:寻找火星生命在过去或现在在火星上的生物标记。确定火星表面下浅层的火星上的水和地球化学分布模式。研究火星环境以研判未来载人火星任务的危险性。调查火星表面下与地下深处以更加了解火星的演化和适居性。逐步实现将火星样本取回的任务。

火星车

 


?

火星探路者

WDCM上传图片

火星探路者(Mars Pathfinder, MPF)是美国国家航空航天局的1996年火星探测计划。火星探路者于1997年07月04日在火星表面着陆。它携带的索杰纳号火星车,是人类送往火星的第一部火星车。


?
勇气号

WDCM上传图片

勇气号火星探测器是美国宇航局研制的系列火星探测器中的一个,另一个探测器为机遇号,于2004年1月3日在火星南半球的古谢夫陨石坑着陆,预定的科学考察使命为90天,实际上考察时间大大延长。目前,勇气号已顺利度过了考察的第1000个火星日。勇气号在火星上正在顺利度过第二个冬天的最富于挑战性的阶段。

?
机遇号

WDCM上传图片

机遇号火星探测器是美国宇航局在火星上执行勘测任务的两个探测器之一,。机遇号火星漫游车已在火星漫游14年多,取得了很大的成绩:完成90个火星日的任务,发现了火星上的第一个陨石、防热护盾岩。2015年3月,机遇号火星漫游车在火星马拉松的冲刺阶段,为了研究从未见过的岩石,放弃了最后的冲刺。2018年6月,火星上刮起了巨大的、遮天蔽日的沙尘暴,美国宇航局与机遇号失去联系。


?
好奇号

WDCM上传图片

好奇号火星探测器是美国国家宇航局研制的一台探测火星任务的火星车,于2011年11月发射,2012年8月成功登陆火星表面。它是美国第七个火星着陆探测器,第四台火星车,也是世界上第一辆采用核动力驱动的火星车,其使命是探寻火星上的生命元素。

 

2
未来火星探测任务

 

 

WDCM上传图片

 

 

火星殖民

WDCM上传图片

WDCM上传图片

WDCM上传图片

WDCM上传图片

美国SpaceX太空公司创始人埃隆·马斯克在英国伦敦皇家航空学学会演讲也宣布了一个惊人的火星殖民计划。穆斯克石破天惊地宣称,在未来15年到20年,美国SpaceX公司计划将8万名地球人送往火星殖民,他们将在火星上过上自给自足的生活,并在火星上休养生息,繁衍后代。每位火星“殖民先驱”都必须为这趟火星之旅支付50万美元的“旅费”。第一批火星探险者将不会超过10人,他们的任务是在充满灰尘的火星荒漠上建立一个密封透明的穹顶形大型增压建筑。

小结

人类对火星的探索从古至今未曾停止,从抬头仰望星空,到透过望远镜观测,再到发射探测器……

尽管火星探测充满了坎坷,大约三分之二的探测器,特别是早期发射的探测器,都没有能够成功完成它们的使命,但是火星对于人类却有一种特殊的吸引力。到目前为止,火星是除了地球以外人类了解最多的行星,已经有超过30枚探测器到达过火星,它们对火星进行了详细的考察,并向地球发回了大量数据。

人类对火星的探测还将继续,对火星的认识将更深入,目标也将更远大。回顾走过的火星探测之路,相信只要心怀好奇、勇于探索,人类的火星之旅将会更漫长而精彩。