那些年,火星上留下的足迹——火星探测历程及展望

2020-09-16
作者:于雯 主编:孙玉凤 编辑:张顺心 伯婕

雷锋网.jpg

那些年,火星上留下的足迹——火星探测历程及展望

人类对火星探索的尝试几乎贯穿着整个航天探索史,今天就让我们一起回顾一下60年来,人类的火星探测历程吧。

微信图片_20200916202830.png

图片来源:NASA


人类为何对火星情有独钟?

火星是离地球第二近的行星,在很多方面也最为相似。火星探测最吸引人的地方是火星上有存在水的可能性。因为在我们地球上,几乎所有有水存在的地方都能找到生命。而在太阳系中,除地球外,是否有其他星球存在生命呢——这是人类孜孜不倦探索的一个科学问题。火星是太阳系中最容易到达的行星,也是研究这个问题的绝佳地点。另外,火星提供了解答生命起源和进化问题的可能性,并可能在某一天成为人类的另一个家园。


火星探测简史

火星探测起步于1960年,经历了发展初期(20世纪60—70年代),停滞期(70年代后期至90年代初)和高速发展期(1996年至今)。迄今为止,世界各国的火星探测任务总计45次,其中1996年之前共26次,成功(含部分成功)仅占35%;1996年至今共19次任务,成功(含部分成功)占比68%,成功率大幅提升。综合45次火星探测,成功率不到一半。

火星探测器的发射窗口期26个月一次,虽然“火星冲日”(即太阳,地球和火星在一条直线上)的周期也是26个月,但发射窗口并不在此时。探测器最低能量发射窗口需要火星和地球处在某个特定相对位置,通常是火星与地球轨道的夹角在20°~40°时,此时可达成抵达火星的最佳轨道,这与火星冲日(夹角为0时)的时间间隔很短,往往只有2至3个月。

火星探测的不同时期都具有着显著的特点,接下来,我们从20世纪60年代说起。


20世纪60-70年代:近天体探测飞行(飞掠)和拍摄影像

美国的水手4号火星探测器首先揭开了火星的神秘面纱。1965年7月14日,水手4号飞掠火星,并向地球传送了22张火星表面的近距离照片,使人类第一次目睹火星的真容。但照片只拍摄到了火星南半球的一小部分,照片显示火星具有类似月球高地的古老表面。同年11月,美国航空航天局(NASA)的水手9号火星探测器抵达火星,改变了我们对火星形貌的认知—巨大的火山、深深的峡谷、干涸的河床和广阔的沙丘地带一一映入眼帘,复杂的地质历史清晰可见。

微信图片_20200916202825.jpg

水星4号


20世纪70-80年代:着陆火星

1975年,NASA发射了海盗1号和海盗2号。“海盗计划”代表了人类对火星的首次扩展探索,实现了探测器首次在火星上的着陆。海盗号着陆器在火星上进行了探测生命和了解土壤化学成分的实验,发现火星的岩石成分与地球上发现的某些陨石几乎完全相同,这表明地球上发现的一些陨石最初来自火星。

微信图片_20200916202732.jpg

海盗1号着陆器


20世纪90年代:更好、更快、更经济

1992年发射的火星观察者号造价高昂、身负众望却以失败告终,这促使NASA推进更好、更快、成本更低的探测任务,并称之为“FBC计划”。1996年11月7日,NASA发射了火星全球探测器(MGS)。MGS发现了火星上存在古代水的迹象,比如沟壑和赤铁矿(一种在水中形成的矿物)。1997年7月,FBC计划的第一个任务非常成功,火星探路者号着陆器和旅行者号探测器抵达火星。火星探路者是第一个使用安全气囊缓冲着陆的探测器,而旅行者是第一个在火星上盘旋的探测器。不幸的是,同年9月,火星探路者号和旅行者号与地球失去了联系。

微信图片_20200916202721.jpg

火星探路者号着陆器与路行者号探测器


2000年至今:大量的火星车和轨道探测器

21世纪以来,大量火星车和环绕器携带多种性能卓越的科学载荷,全方位开展火星表面探测,火星科学的深度和广度得到空前发展。例如,2001年发射火星奥德赛号探测器(美国);2003年发射火星快车探测器(欧洲); 2016 年发射痕量气体轨道探测器(欧洲和俄罗斯合作)等。其中奥德赛号是目前运行时间最长的火星探测器。

这些轨道探测器已经发现火星南部的冰帽中有水冰和干冰(主要成分为二氧化碳),以及冰下的液态水区域,还发现火星表层和次表层有流动的盐水,并提供了关于火星表面和大气的元素及化学组成更详细的信息。

许多发射成功的火星车和着陆器也立下大功,如2003年的勇气号和机遇号火星车、2011年的好奇号火星车、2018年的洞察号着陆器。它们有充足的证据证明了火星上曾经有过水流动。其中,最引人注目的是2018年在火星表面发现的有机分子,这个发现再一次点燃了人类寻找地外生命的热情。

微信图片_20200916202716.jpg

机遇号火星车


2020:如火如荼的“火星之夏”

由于火星距离地球较近,发射时间较短,2020年夏天将有很多火星发射任务。包括中国计划发射的火星探测器,此次任务包括一个轨道飞行器、一个着陆器和一个火星车,并将在未来实现火星样品返回;阿联酋的希望号,用于探测火星大气消失的原因;美国的火星2020着陆器,旨在研究火星天体生物学;日本计划发射的火星太赫兹微卫星,用于测量大气中氧同位素的比率,以便更好地了解火星大气中二氧化碳的来源。

火星探测是继月球探测之后深空探测的最大热点,是未来载人行星探测的重要目标。随着探测技术的提高、科学研究的深入以及人类对于未知的好奇与向往,火星探测,未来可期!(作者单位:中国科学院地球化学研究所)

来源:知识就是力量