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10天内三国火星探测器升空,中美阿研究任务有何不同?

“了解火星可以让我们预测地球遥远的未来。”

毅力号火星车概念图 图片来源:NASA

记者 | 田思奇

随着美国国家航空航天局(NASA)在7月30日发射“毅力号”火星车,今年夏天三个国家分别发射的探测器全部正式开启火星之旅。

如果一切顺利,中国的“天问一号”、阿联酋的“希望号”和美国“毅力号”都会在2021年2月抵达各自的目的地。

受天体运行规律约束,发射火星探测器的最佳时间窗口每隔26个月才出现一次,且持续很短。此时发射,可以节省燃料,缩短抵达时间。这便是中美阿三国集中在过去十天内发射探测器的主要原因。

作为太阳系中与地球最相似的行星,火星一直是人类太空探索的焦点。

虽然近期发射的三大探测器研究目标各有不同,但行星专家对界面新闻表示,无论如何,实地了解火星将有助于人类更了解地球,甚至帮助人类寻找地球以外的居住地。

美国“毅力号”:生命迹象

“毅力号”(Perseverance)重达1吨,是NASA第九次发射在火星着陆的任务,为第五台火星车,也是迄今为止最复杂的一台。

与之前四辆火星车相比,“毅力号”的自主性要强得多。NASA喷气推进实验室机器人系统工程师菲利普·特沃(Philip Twu)表示,它相当于“火星上的自动驾驶汽车”。

“毅力号”还将搭载一架1.8公斤重的直升机,名为“小机灵”(Ingenuity)。如果它能成功地在火星稀薄的大气中飞行,意味着人类首次在另一天体上实现控制飞行,能为未来更复杂的无人侦察机任务做铺垫。

七个月后,“毅力号”预计将在火星表面的杰泽罗(Jezero)陨石坑着陆,进一步寻找火星生命存在的迹象。科学家认为,这里在35亿年前是有微生物生存的湖泊。

杰泽罗(Jezero)陨石坑 图片来源:NASA

美国圣路易斯华盛顿大学行星地质学教授雷·阿维德森(Raymond Arvidson)对界面新闻指出,“毅力号”将搭载先进的仪器收集岩心,并通过之后的火星探测器把这些岩心带回地球上的实验室,分析火星过往存在生命的证据。

阿维德森和其主导的地球和行星遥感实验室(EPRSL)曾参与多项NASA的火星车任务。他介绍说,NASA的“勇气号”和“机遇号”(2004年着陆)在岩石中发现大量证据表明火星过去存在地表水和地下水。“好奇号”(2012年着陆)进一步证明火星在很长一段时间内存在适宜生存的湖泊,增加了这颗红色星球上存在生命的可能性。

接下来,“毅力号”搭载的仪器将检测湖泊沉积物中是否存在有机物和矿物质,这些生物特征将揭示沉积物中可供居住的环境和生命存在的历史。“毅力号”会把收集到的岩石样本封存以来,预计NASA将在2031年通过后续的探测任务将其带回地球。

中国“天问一号”:全方位探测

在地火转移轨道飞行约7个月后,7月23日发射的“天问一号”将到达火星附近,通过“刹车”完成火星捕获,进入环火轨道,并择机开展着陆、巡视等任务,进行火星科学探测。

据总设计师张荣桥介绍,中国首次火星探测工程探测器搭载13种有效载荷,其中环绕器7种、火星车6种,涉及空间环境探测、火星表面探测、火星表层结构探测等领域。“天问一号”任务将是首个一次性实现环绕、着陆和巡视这三个目标的火星探测任务。

震撼!中国首次火星探测任务天问一号探测器发射升空

“天问一号”的着陆区是乌托邦平原(Utopia Planitia),这是一个巨大的盆地,由遥远的火星历史上的一次大撞击形成,也是NASA“维京2号”着陆器在1976年降落的地区。中国这辆待命名的火星车预计将运行约90个火星日,其质量是“玉兔2号”月球车的两倍。

“天问一号”任务的研究目标主要是实现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研究。

美国资深太空记者莱昂纳德·戴维撰文评价说,“天问一号”任务是研究火星形态、地质、矿物学、空间环境以及水冰分布最全面的一项任务。

阿联酋“希望号”:大气逃逸

因恶劣天气多次延误发射后,阿联酋的“希望号”(Al Amal)终于在7月20日从日本升空。它抵达火星的2021年也是阿联酋这个年轻国家纪念成立50周年的时间。

“希望号”将绕火星飞行一个火星年(687天),主要目的是研究火星的天气和大气层变化。此前发射的火星轨道器大都围绕两极飞行,高度足够低,可以详细研究火星表面,但对火星全局天气的研究不足。而“希望号”相当于火星的气象卫星,将补充对火星气候的研究。

阿联酋在日发射希望号火星探测器!阿拉伯世界首次星际探索

此次任务的科学小组成员,美国科罗拉多大学博尔德分校天体物理和行星科学系副教授大卫·布赖恩(Dave Brain)对界面新闻表示,“希望号”将探索一天中所有时间和所有地理位置上火星低层大气的天气,以及低层和高层大气之间的联系。它将提供有关火星大气的重要数据。

布赖恩的研究方向是行星大气逃逸和气候变化。他介绍说,目前有证据表明火星的绝大部分大气都逃逸到了太空中,而大气层的丧失有助于解释为什么这颗表面曾经有液态水自由流动的行星变成了如今冰冷干燥的样子。“天问一号”和“希望号”都将探索更多有关水的历史,让人类了解火星曾经在什么时期可以维持生命的存在。

此外,布赖恩还提到火星现存的疑问,即大气中是否存在甲烷。虽然火星表面的检测显示大气中存在甲烷,但轨道器一直没有检测到。如果确实能在大气中发现甲烷,这有助于揭示火星最近是否发生了“有趣的事情”——因为地球上的甲烷主要是由生物体产生。

探索火星:谜团待解

自1960年以来,人类先后开展了40多次火星探测,但成功率仅有一半,且均为NASA的8次任务顺利着陆。欧洲航空局和俄罗斯航天局的ExoMars探测任务原本也将在近期发射,但因为技术测试延误而被迫推迟至下一个窗口期:2022年。

毫无疑问的是,人类对火星的探索不会停歇。“在某种意义上,学习大气运动如何在不同的星球上工作,有助于更多地了解这些过程在其他环境中的工作,包括地球,”布莱恩说道,“了解火星可以让我们预测地球遥远的未来。火星比地球小,所以它的地质活动在早期就已经减少,并且磁场关闭,大气层逃逸等。在很长一段时间后,同样的事情应该会发生在地球上。”

圣路易斯华盛顿大学的阿维德森还提到,火星与太阳的距离是地球到太阳的1.5倍,那么它如何保证足够温暖,使得液态水得以稳定存在?这是气候物理学尚无法解答的疑问。而问题的答案将帮助人们了解地球上现在、过去和未来的气候,特别是与温室气体导致地球变暖有关的气候。

阿联酋沙迦美国大学天体物理学家古索姆(Nidhal Guessoum)则有不同的看法:“了解火星并不能真正帮助我们了解地球,重要的是了解行星在过去如何进化,以及我们未来是否可以在火星或其他地方建立居住地。”

古索姆对界面新闻表示,火星研究最关键的进展,就是存在生命的证据或痕迹。但具体的表现可能并不清晰,主要由地下液态水,甲烷或其他气体排放来体现。对于未来的人类登陆火星的任务来说,探索火星上的水和允许宇航员种植粮食的地质特征是当前最重要的目标。

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