鄧琦

火星探測的核心問題是什么？火星移民還有多遠？火星探測哪一步最難？人類為什么要探測火星？近日，記者采訪中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員、副所長、“天問一號”首席科學(xué)家助理、鴻鵠專項首席科學(xué)家魏勇，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所副研究員、鴻鵠專項行星光學(xué)遙感首席科學(xué)家何飛，揭示我國首次火星探測的奧秘。

記者：為什么選取7月23日作為發(fā)射“天問一號”的時間窗口？

何飛：發(fā)射窗口的選取跟很多因素有關(guān)，最主要的因素是地球和火星之間的公轉(zhuǎn)周期關(guān)系。我們知道火星繞日公轉(zhuǎn)的周期大概是687個地球日，將近地球上的兩年，也就是說，如果是地球和火星從同一個經(jīng)度出發(fā)的話，地球繞大約兩年之后，火星和地球又會回到同一個地方，也就是一般常說的火星沖日，火星、地球、太陽幾乎排列成一線。

在這種情況下，大約每26個月出現(xiàn)一個火星探測器發(fā)射窗口，地球到火星之間的飛行路徑是最短的，也是最省燃料的，因此一般選擇在這一段時間去發(fā)射。具體的發(fā)射日期確定，還跟實際的軌道設(shè)計、火箭的發(fā)射運載能力、地面氣象、空間天氣等密切相關(guān)。

記者：火星探測的核心問題是什么？

魏勇：火星科學(xué)研究的核心問題，就是火星的水是怎么演化的。火星表面上有河流的痕跡，曾經(jīng)有大量的液態(tài)水在火星表面流動，為什么今天一滴水都看不到？這是非常奇怪的。

如果有大量液態(tài)水存在，就表明人類有可能在上面居住。判斷一個行星對于人類是否宜居，第一個標準就是表面必須有大量的液態(tài)水流動，即河流海洋。其次，是大氣里必須有氧氣，即使大氣里沒有氧氣，只要有水，可以用水制造出氧氣，所以，水是最重要的。

現(xiàn)在已基本知道火星的水逃逸到行星際空間去了，也就是離開了火星，逃到了太空中，并且以一種不可逆的、永遠不再回來的方式。在過去幾十億年的時間里，火星表面的液態(tài)水幾乎全部逃逸掉了。

所以我國的火星探測，一個非常核心的問題是水是怎么通過大氣層逃逸的？圍繞這個核心問題，在“天問一號”之后，后續(xù)還有其他探測，要對火星的土壤進行取樣返回，在實驗室里進行非常詳細的分析，具體看一看它的宜居性到底如何。

記者：如果探測發(fā)現(xiàn)火星適宜人類居住，未來我們會移民火星嗎？

魏勇：按照目前的理解，太陽現(xiàn)在處于壯年期，當它演化到老年期的時候，會變成紅巨星，甚至可能會膨脹到地球的軌道，讓地球不再宜居。有沒有可能移民其他行星？這個是當前大家比較關(guān)注的問題。我認為，不是沒有這種可能性。

但是，即使研究發(fā)現(xiàn)火星可能支撐人類居住，開展火星移民也還有漫長的路，代價非常高昂?？赡軙幸徊糠直容^熱衷于冒險、有好奇心的人作為探路者率先移民到火星。這一少部分人在火星上建立有人值守的科研站和一些人類比較初步的聚集地等，應(yīng)該會有很多人熱衷于從事這樣探索性的工作。

記者：“天問一號”的科學(xué)目標是什么？

何飛：火星探測圍繞著一個主題是生命，即火星上有沒有可能存在過生命或者有沒有可能支撐生命?！疤靻栆惶枴钡目茖W(xué)目標也圍繞這個主題來展開，經(jīng)過前期科學(xué)團隊的論證，確定了以下科學(xué)目標：

研究火星形貌和地質(zhì)構(gòu)造特征。通過探測火星全球地形地貌特征，獲取典型地區(qū)高精度地形地貌數(shù)據(jù)，開展火星地質(zhì)構(gòu)造成因以及演化研究。

研究火星表面土壤特征與水冰分布。水冰的發(fā)現(xiàn)在火星上已經(jīng)有很長時間，但是它的一些詳細分布特征還值得去深入研究。探測火星土壤種類、風(fēng)化沉積特征和全球分布，搜尋水冰信息，開展火星土壤剖面分層結(jié)構(gòu)研究。

研究火星表面物質(zhì)組成。識別火星表面巖石類型，探查火星表面次生礦物，開展表面礦物組成分析。

研究火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征。探測火星空間環(huán)境及火星表面氣溫、氣壓、風(fēng)場，開展火星電離層結(jié)構(gòu)和表面天氣季節(jié)性變化規(guī)律研究。

研究火星物理場與內(nèi)部結(jié)構(gòu)。探測火星磁場特性。開展火星早期地質(zhì)演化歷史及火星內(nèi)部質(zhì)量分布和重力場研究。

記者：此次火星探測任務(wù)為期多久？

何飛：根據(jù)探月與航天工程中心公布的信息，此次火星探測通過一次發(fā)射任務(wù)實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視三大任務(wù)，所以整個探測周期跟三大任務(wù)相關(guān)。發(fā)射后，會經(jīng)過一個非常漫長的飛行過程，然后到達火星。

飛行過程大概需要7個月，預(yù)計明年2月份左右到達火星，在火星附近會實施一個制動，然后被火星捕獲，捕獲之后會首先進入環(huán)火星的一個大橢圓軌道，大概是10個火星日這么一個軌道（一個火星日約1.02地球日）。在軌道上實施一些軌道機動，逐漸靠近火星、逐漸到達越來越近的軌道，完成著陸區(qū)的預(yù)先探測和著陸點的調(diào)整。

然后它會擇機，即根據(jù)軌道的情況擇機釋放著陸巡視器。這個時候環(huán)繞器會進行一些軌道調(diào)整，成為一顆中繼星，來為著陸器和巡視器提供信號的一個中繼。著陸器和巡視器它與環(huán)繞器分離之后，它就會進入火星的大氣再入的過程。

火星跟月球一樣，大氣非常稀薄，接近真空狀態(tài)。通過著陸器的氣動外形降落傘，還有反推發(fā)動機等多種手段緩沖，它會軟著陸于火星表面。

著陸以后，火星車和它承載的平臺會分離，開始在火星上開展巡視科學(xué)探測。在這個過程中，環(huán)繞器在中繼通信的軌道，為火星車提供通信鏈路，環(huán)繞器上相關(guān)的載荷會開展科學(xué)探測，大概會運行90個火星日以后進行軌道調(diào)整，這里的火星日大概和地球日的時間差不多，進行軌道調(diào)整之后，最后它會進入一個遙感的使命軌道，開展相關(guān)的科學(xué)探測。

◎ 來源|新京報（有刪減）