“天問(wèn)一号”踏上征程

 　來(lái)源：人(rén)民(mín)日(rì)報 記者  馮  華  劉詩瑤

　　7月23日(rì)，我國(guó)首次火(huǒ)星探測任務“天問(wèn)一号”在中國(guó)文昌航天發射場踏上征程，中國(guó)人(rén)離(lí)探索火(huǒ)星的夢想更進一步。

　　早在2300多年(nián)前，詩人(rén)屈原就(jiù)用一首長詩《天問(wèn)》，發出了對宇宙洪荒、天地自(zì)然的疑問(wèn)。“日(rì)月安屬？列星安陳？”盡管現代天文學已經可(kě)以非常精确地回答這一問(wèn)題——太陽系的引力維系着八大(dà)行星繞其公轉，然而關于生(shēng)命、人(rén)類、太陽系乃至宇宙的起源，還(hái)有太多的未解之謎。

　　這也是中國(guó)行星探測任務“天問(wèn)”的名字來(lái)源，“天問(wèn)一号”任務的目的地瞄準火(huǒ)星，它的成功發射拉開了向更遙遠(yuǎn)的宇宙深處探尋的序幕。

　　火(huǒ)星和地球的諸多相(xiàng)似，引發着人(rén)類對地外生(shēng)命的熱(rè)烈猜想

　　作(zuò)爲太陽系裡(lǐ)與地球最爲相(xiàng)似且距離(lí)較近的行星，從(cóng)古至今，人(rén)們都(dōu)對這顆星球有着無限遐想。

　　從(cóng)地球上仰望星空，火(huǒ)星仿佛是夜空裡(lǐ)的一簇火(huǒ)光(guāng)。它的運行軌迹複雜多變，看(kàn)起來(lái)忽明忽暗、忽大(dà)忽小，令觀者迷惑，因此火(huǒ)星最早被賦予的中文名字叫“熒惑”。其中“熒”代指火(huǒ)星表面發射的紅(hóng)光(guāng)；“惑”則出于古人(rén)對火(huǒ)星運行缺乏規律而感到的困惑。

　　火(huǒ)星爲什麽看(kàn)起來(lái)是紅(hóng)色的？中國(guó)科(kē)學院國(guó)家天文台研究員(yuán)鄭永春說(shuō)，這是因爲火(huǒ)星表面有紅(hóng)色的赤鐵礦，呈現出橘紅(hóng)色。另一個原因則是沙塵暴造成的。火(huǒ)星上風(fēng)力很大(dà)，會引發猛烈的沙塵暴，一來(lái)就(jiù)幾乎席卷整個星球表面，持續多月不停，還(hái)充斥着扶搖直上的龍卷風(fēng)。當揚起的沙塵覆蓋火(huǒ)星，遮住了原本灰褐色的沙粒和石塊，就(jiù)造成了“紅(hóng)色星球”的錯覺。

　　地球是太陽系的第三顆行星，火(huǒ)星則位于地球的外側，是太陽系的第四顆行星。因爲自(zì)然環境與地球相(xiàng)似，火(huǒ)星又被稱作(zuò)地球的“姊妹(mèi)星”。實際上，地球要比火(huǒ)星大(dà)得(de)多。地球半徑是6378公裡(lǐ)，火(huǒ)星半徑僅爲3398公裡(lǐ)，大(dà)緻是地球的一半，體(tǐ)積則是地球的1/7。火(huǒ)星的表面積，與地球的陸地面積差不多。

　　假如(rú)站在火(huǒ)星表面，會發現這裡(lǐ)的地形地貌與地球非常相(xiàng)似。事(shì)實上，作(zuò)爲類地行星，火(huǒ)星同樣具備核、幔、殼等内部構造。人(rén)們習慣用“荒漠行星”來(lái)形容它的形狀，這裡(lǐ)分(fēn)布着高原、平原、峽谷和火(huǒ)山(shān)。其中高于1萬米的大(dà)山(shān)就(jiù)有好幾座，最高峰奧林匹斯山(shān)高達2萬米左右，是珠穆朗瑪峰高度的2倍多。還(hái)有一個水手大(dà)峽谷，長度相(xiàng)當于橫貫中國(guó)東西部。

　　火(huǒ)星上也有四季更替。隻不過，如(rú)果用地球日(rì)來(lái)換算的話(huà)，火(huǒ)星上一年(nián)大(dà)約有23個月。這是因爲地球環繞太陽一周需要約365天，火(huǒ)星繞太陽一周則爲687天。鄭永春說(shuō)，如(rú)果在火(huǒ)星上過日(rì)子的話(huà)，每天的晝夜長短(duǎn)跟地球上差不多，火(huǒ)星的一天是24小時39分(fēn)35秒，比地球長了近40分(fēn)鍾。

　　“東西方在古代一直賦予金星很多美好的想象，但(dàn)實際上，金星的表面非常灼熱(rè)，溫度高達465—485攝氏度。反而是曾長期被認爲‘災難’、不吉的火(huǒ)星，随着科(kē)學認知的加深，逐漸發現它與地球有太多相(xiàng)似之處。”鄭永春說(shuō)。

　　像地球一樣，火(huǒ)星也有大(dà)氣，可(kě)惜密度僅爲地球的1%，約相(xiàng)當于地球上33千米高處的大(dà)氣密度，極爲稀薄，成分(fēn)以二氧化碳爲主。對于喜歡看(kàn)雲的人(rén)來(lái)說(shuō)，到火(huǒ)星上恐怕會失望。鄭永春說(shuō)，火(huǒ)星的天空大(dà)多數萬裡(lǐ)無雲，偶爾會有雲層出現，但(dàn)是顔色偏白(bái)、厚度較薄，像我們熟悉的地球卷雲。

　　火(huǒ)星表面的重力約爲地球表面的0.38，沒有全球性的磁場，磁場強度隻有地球的1%。

　　事(shì)實上，人(rén)們對這顆紅(hóng)色星球格外青睐的重要原因，是在這裡(lǐ)發現了有水存在的明确證據。有水，就(jiù)代表着生(shēng)命存在的可(kě)能。根據航天器的探測結果，清晰可(kě)知火(huǒ)星擁有海岸線和湖泊的遺迹、幹涸的河道、沖積扇等流水地貌，這些都(dōu)表明火(huǒ)星在曆史上曾經有大(dà)規模的液态水。目前，盡管沒有探測器發現肉眼可(kě)見(jiàn)的液态水，但(dàn)在火(huǒ)星地下已經發現了鹽度極高的鹵水。2018年(nián)，有科(kē)學家宣布在火(huǒ)星南(nán)極冰蓋下發現了鹽水湖存在的證據。

　　正是由于火(huǒ)星與地球的諸多相(xiàng)似之處，火(huǒ)星一直是人(rén)類心中的“熱(rè)門(mén)星球”，引發着人(rén)類對地外生(shēng)命的熱(rè)烈猜想。

　　“世界各國(guó)的行星探測大(dà)緻聚焦于這幾個問(wèn)題：太陽系的起源與演化，生(shēng)命的起源與演化，地外生(shēng)命信息的探尋等。這也是行星探測試圖回答的問(wèn)題，即我們從(cóng)哪裡(lǐ)來(lái)，又将到哪裡(lǐ)去(qù)。通過行星探測，人(rén)們試圖找到人(rén)類、太陽系乃至宇宙的起源與演化的奧秘。生(shēng)命的出現是必然還(hái)是偶然？我們能否在其他(tā)的星球尤其是跟地球類似的火(huǒ)星上，尋找到生(shēng)命起源的證據？這些都(dōu)是科(kē)學界非常關注的重大(dà)問(wèn)題。”國(guó)家航天局探月與航天工(gōng)程中心深空部部長耿言說(shuō)。

　　火(huǒ)星，到底是地球的過去(qù)，還(hái)是地球的未來(lái)？這在科(kē)學界尚無定論，但(dàn)毫無疑問(wèn)，對火(huǒ)星的持續研究将加深人(rén)類對地球生(shēng)命起源和演化的理(lǐ)解。

　　火(huǒ)星探測迄今爲止可(kě)分(fēn)爲三個階段，幾乎貫穿整個人(rén)類航天史

　　對火(huǒ)星了解越深入，人(rén)們對它就(jiù)越感興趣。火(huǒ)星的“火(huǒ)熱(rè)”，可(kě)以從(cóng)統計(jì)數字上充分(fēn)感受到。在行星探測史上，火(huǒ)星屬于曆史最久、持續時間最長的探測目标，是除地球以外人(rén)類研究程度最高的行星。

　　從(cóng)20世紀60年(nián)代人(rén)類首次開展火(huǒ)星探測開始，截至今年(nián)6月底，人(rén)類已進行40多次火(huǒ)星探測活動。

　　專家介紹，火(huǒ)星探測大(dà)約分(fēn)爲3個階段，幾乎貫穿整個人(rén)類航天史。

　　第一階段是早期的飛越探測，時間跨度爲1960—1970年(nián)。這一階段國(guó)際深空探測剛剛起步，相(xiàng)關國(guó)家主要以火(huǒ)星飛越探測、傳送火(huǒ)星圖片與探測大(dà)氣參數爲主，但(dàn)探測任務成功率并不高，僅有一例成功完成任務。

　　第二階段是初步了解火(huǒ)星表面，時間跨度爲1970—1990年(nián)。上世紀70年(nián)代初期，美蘇重新展開火(huǒ)星探測活動，以軌道環繞與着陸探測爲主，主要任務包括傳輸圖像、探測大(dà)氣、磁場、地表溫度等。此後，兩國(guó)對于深空探測的投入減小。

　　第三階段則是探尋火(huǒ)星生(shēng)命迹象，從(cóng)1990年(nián)至今。迅猛發展的科(kē)學技術(shù)催生(shēng)了火(huǒ)星探測的新熱(rè)潮。多個國(guó)家加入探測行列，成功率也大(dà)幅增長。火(huǒ)星探測活動的探測方式主要爲着陸和巡視探測，主要目标是尋找火(huǒ)星水存在的證據和生(shēng)命迹象。其間發射過“火(huǒ)星快(kuài)車”“勇氣号”“機(jī)遇号”和“好奇号”等多顆探測器，成功找到了火(huǒ)星水存在的證據。

　　專家介紹，通過3個階段的積累，人(rén)類對火(huǒ)星的探測主要分(fēn)爲以下4種方式：

　　飛越。探測器能夠在火(huǒ)星附近快(kuài)速掠過，用極短(duǎn)的時間抓住一切可(kě)能記錄的有用數據。這是早期開展火(huǒ)星探測的主要形式，當時的技術(shù)水平還(hái)難以讓探測器制動減速留在環繞火(huǒ)星軌道。

　　環繞。探測器依靠自(zì)身(shēn)動力制動進入環繞火(huǒ)星的軌道，“變身(shēn)”爲火(huǒ)星的人(rén)造衛星。

　　着陸。着陸系統降落在火(huǒ)星表面。這個環節難度很大(dà)，需要着陸系統完全自(zì)主導航控制。

　　巡視。通俗意義上講，火(huǒ)星車就(jiù)是巡視器，它到處移動，邊走邊看(kàn)，能在不同地點進行多方面精細考察。

　　在實現這些探測任務後，一些國(guó)家下一步的目标是實現火(huǒ)星取樣返回。由探測器從(cóng)火(huǒ)星上采集岩石和土(tǔ)壤，并帶回地球。

　　在60多年(nián)的火(huǒ)星探測史中，湧現出不少裡(lǐ)程碑式的任務。目前，仍在火(huǒ)星上锲而不舍工(gōng)作(zuò)的，共有6個軌道器，以及美國(guó)發射于2011年(nián)的“好奇号”火(huǒ)星車和2018年(nián)發射的“洞察号”着陸器。

　　火(huǒ)星探測成功率低，特殊的環境、遙遠(yuǎn)的距離(lí)帶來(lái)巨大(dà)的挑戰

　　最近5500萬公裡(lǐ)、最遠(yuǎn)4億公裡(lǐ)的距離(lí)，決定了火(huǒ)星探測并不輕松。截至2020年(nián)6月底，人(rén)類進行的40多次火(huǒ)星探測任務中，完全成功的探測任務隻有19次，成功率約43%。即使算上部分(fēn)成功的，也僅僅隻有23次，成功率約53%。

　　中國(guó)首次火(huǒ)星探測任務總設計(jì)師(shī)張榮橋表示，盡管人(rén)類在月球探測方面積累了一定經驗，在火(huǒ)星面前仍是一個不折不扣的“新手”，全新的環境、全新的技術(shù)，都(dōu)帶來(lái)全新的考驗。

　　“火(huǒ)星是一個全新的環境，即使前期掌握了一些資料，但(dàn)科(kē)學家的認識可(kě)能還(hái)不夠深刻，需要反複進行試驗和推導。”鄭永春介紹，以火(huǒ)星的地表環境爲例，紅(hóng)色沙礫中含有的氧化劑、氧化鐵、高氯酸鹽等成分(fēn)，以及太陽風(fēng)、紫外線、宇宙射線等，對航天器傷害很大(dà)。火(huǒ)星的大(dà)氣稀薄且存在很大(dà)的不确定性，這無疑給着陸火(huǒ)星增加了難度。

　　火(huǒ)星光(guāng)照(zhào)特殊，也給探測器的能源供給出了難題。同樣面積下，火(huǒ)星接收太陽光(guāng)的能量隻有月球表面的40%。探測器想要正常運轉，需要增加一些特殊設計(jì)。太陽翼面積需要更大(dà)更靈活，大(dà)緻相(xiàng)當于放(fàng)置月球上的太陽翼的2—3倍，還(hái)要具備雙軸驅動能力，時時刻刻追着太陽走。

　　火(huǒ)星和地球的遠(yuǎn)距離(lí)，還(hái)影(yǐng)響了無線電信号接收。“火(huǒ)星距離(lí)地球最遠(yuǎn)時有4億公裡(lǐ)，從(cóng)地面上向火(huǒ)星探測器發布一道指令，探測器要在23分(fēn)鍾以後才能執行，這種巨大(dà)的延時爲測控帶來(lái)阻礙。隻有采用更大(dà)口徑的天線、實現更大(dà)的發射功率，才能盡可(kě)能降低這種不便。”耿言說(shuō)。

　　火(huǒ)星的重力不一樣，這種特殊的動力特性給探測器的建造帶來(lái)挑戰，對火(huǒ)星車體(tǐ)輪系的結構強度、驅動力都(dōu)提出了新要求。

　　對火(huǒ)星的好奇和向往，深深影(yǐng)響着人(rén)類對自(zì)然科(kē)學、人(rén)文科(kē)學等重大(dà)命題的思索

　　挑選晴朗的一天，靜(jìng)待太陽下山(shān)，在萬家燈火(huǒ)尚未點亮之際，選擇一處開闊地，伴随着徐徐晚風(fēng)，點開手機(jī)上的認星軟件(jiàn)，對準夜空，根據指引就(jiù)能發現火(huǒ)星的位置。這是一個普通人(rén)用肉眼觀測火(huǒ)星的快(kuài)捷方法。

　　科(kē)幻小說(shuō)和電影(yǐng)中，火(huǒ)星絕對是大(dà)熱(rè)門(mén)元素。“在火(huǒ)星上開荒種土(tǔ)豆”“在火(huǒ)星建造地下基地”“将火(huǒ)星作(zuò)爲跳(tiào)闆躍至更深宇宙”，一部部壯闊震撼的作(zuò)品散發着經久不衰的魅力，不光(guāng)展示着目前相(xiàng)對成熟或能夠預見(jiàn)的科(kē)學技術(shù)，還(hái)勾勒出人(rén)類對火(huǒ)星的各式幻想，不斷加深着人(rén)們的好奇和向往。

　　在北京CBD區域寸土(tǔ)寸金的商圈内，一家知名商場專門(mén)辟出一片科(kē)技味十足的火(huǒ)星展廳。紅(hóng)色的沙礫土(tǔ)石上，白(bái)色的火(huǒ)星車揮舞着長長的機(jī)械臂，正在進行采樣收集工(gōng)作(zuò)，不遠(yuǎn)處則是一片火(huǒ)星營地。這裡(lǐ)圍繞“數字、模拟、未來(lái)”爲主題，向遊客講述了“火(huǒ)星曆史”和“移民(mín)到火(huǒ)星”等故事(shì)。光(guāng)怪陸離(lí)的星石、臆想的火(huǒ)星人(rén)造型、逼真的太空場景，藝術(shù)和科(kē)技交織融合，引領人(rén)們沉浸于“火(huǒ)星之旅”。專門(mén)來(lái)這裡(lǐ)“打卡”的人(rén)們一邊拍(pāi)照(zhào)、一邊贊歎：“火(huǒ)星真的是這樣子嗎(ma)？有一天我們真的能去(qù)火(huǒ)星嗎(ma)？這也太酷了吧(ba)！”

　　類似兼具旅遊和科(kē)普意味的“火(huǒ)星營地”還(hái)有很多。鄭永春介紹，地球上有不少和火(huǒ)星地貌相(xiàng)像的地區。例如(rú)我國(guó)青海西北角、柴達木盆地腹地，依托俄博梁雅丹地貌，興建了冷(lěng)湖火(huǒ)星研學營地。在約旦西南(nán)部，有一座名爲“月谷”的酒紅(hóng)色山(shān)谷，曾是火(huǒ)星科(kē)幻電影(yǐng)的拍(pāi)攝地。“一些地區不僅僅是外觀與火(huǒ)星相(xiàng)似，它們荒漠的地貌特征，分(fēn)布的河流、湖泊幹涸的沉積物等，有助于開展火(huǒ)星和地球的環境對比研究，根據對地球環境演變的認識反推對火(huǒ)星的了解。”

　　火(huǒ)星這顆荒漠行星，也是希望之星。無論從(cóng)火(huǒ)星身(shēn)上發掘出何種奧秘，人(rén)類都(dōu)能從(cóng)探測中獲得(de)對自(zì)身(shēn)命運的啓示。倘若地球氣候巨變、生(shēng)物受到嚴重威脅，人(rén)類将何去(qù)何從(cóng)？火(huǒ)星是否會是人(rén)類最後的避難所？這些思考始終萦繞在人(rén)們心頭。

　　專家認爲，現有開展的一系列圍繞火(huǒ)星的活動，都(dōu)在潛移默化地培養着公衆對火(huǒ)星的感情。這種對火(huǒ)星的好奇和向往，反過來(lái)深深影(yǐng)響着人(rén)類對自(zì)然科(kē)學、人(rén)文科(kē)學等重大(dà)命題的思索。

　　版式設計(jì)：蔡華偉

　　《 人(rén)民(mín)日(rì)報 》（ 2020年(nián)07月27日(rì) 19 版）