探测火星

探测火星

在太阳系的八大行星中,火星和地球在许多地方十分相似:火星自转一周是24.66小时,昼夜只比地球上的一天多40分钟;火星自转倾斜角也和地球相近,所以火星上也有春、夏、秋、冬四季的气候变化;火星上还有大气层。

1877年,意大利天文学家斯基帕雷用望远镜发现火星上有许多细长的暗线和暗区,他把暗线称为“水道”。有人干脆把“水道”翻译成英语的“运河”,暗区就成了“湖泊”。有运河就有智慧生命的大规模活动。于是,1个世纪以来,有关这颗红色星球上的火星人和火星生命的传说、猜测和探测不断出现。眼见为实,只有对火星进行逼近观测,才能彻底解开这些谜。20世纪50年代后,人类就开始了利用航天技术探测火星的努力。

1957年,苏联发射了第一颗人造地球卫星,使人们看到了摆脱地球引力和大气束缚登陆火星的希望。

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“水手4”号飞船拍摄的火星表面

1965年7月14日,美国人发射的“水手4”号从离火星不到1万千米的地方掠过,第一次对它进行了近距离考察,并拍摄了21张照片。“水手4”号的考察结果表明,火星的大气密度不足地球的1%。火星生命如果存在的话,生存环境看来要比地球上的艰难许多。

1969年2~3月间,“水手6”号和“水手7”号向火星进发,从距火星3200千米处传回了200帧照片。照片的清晰度大大增加,但运河仍然不见踪影。为了彻底弄清火星的全貌,1971年11月13日,“水手9”号驶入了环火星轨道,成为第一颗环绕另一颗行星的人造天体。

然而就在“水手9”号驶向火星的过程中,火星上发生了大规模的尘暴,这场持续了几个月的尘暴扼杀了随后赶到的两颗苏联火星探测器“火星2”号和“火星3”号。它们在1971年11月27日和12月2日投下的装置在工作了20秒之后就音信全无,仅仅传回了半张灰蒙蒙的照片。

“水手9”号躲过了火星尘暴的灾难。1971年12月,它传回来的第一幅火星照片就给持“运河说”的人以致命的一击:火星上根本不存在什么运河,人们看到的——只是火星风形成的沙粒带状条纹,就如同我们在沙漠里看到的一样。

令那些支持“火星生命说”的人松了一口气的是,“水手9”号在火星上发现了许多干涸的河床,其中有的长达1500千米,宽2130千米,这证明在火星上可能曾经存在过液态的水。只要有液态水,火星上的生命就有希望。

1976年7月和9月,“海盗1”号和“海盗2”号的探测器先后在火星着陆。在那里,它们确定了火星的大气成分,分析了火星土壤的样品,发布了火星上第一份气象报告,并探测到了火星的“地震”。“海盗号”着重研究了火星上的生命痕迹,得出的结论却并不清晰。最后美国国家科学院用标准的科学语言总结了这些实验:它减小了火星上存在生命的可能性。

从“海盗”号登上火星之后,人类的火星探测已经不是去寻找“火星人”之类的高等生物了。

1996年12月,美国发射“火星探路者”探测器。“探路者”号的四个主要目的是:了解地形特征,选好人类登临的着陆点,观测火星上的各种变迁,仔细探寻生命的痕迹。

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“火星探路者”探测器正在对火星表面进行勘探

1997年7月4日,“火星探路者”经过7个月的旅行,行程4.94亿千米,终于来到火星,并成功地在火星上的阿瑞斯平原着陆。这是自“海盗”号以后,人类再次把航天器送入火星表面,也是美国航天局跨世纪的一连串火星轨道和着陆探测计划的开始。

“探路者”号登陆的场面非常热闹,而且从那样高的地方投下去,探测器受到的冲击力仅为50克,的确令人叹服。但大家更多地是关注火星车。这个60厘米×45厘米×30厘米的小家伙里包括1台计算机、70个传感器、5个激光测距仪和由3套摄像机组成的立体视镜系统,带有自动导航和前后轮独立转向系统,同时还有发动机、X射线仪和其他分析仪器,其精巧程度可见一斑。它要迈上一定的坡度,跨过岩石和深沟,还要屏蔽火星土壤的强磁性干扰。在背向地球时,它必须有能力独立使用X光分析仪和测距仪。这一切的难度都非常高。

“火星探路者”携带了一辆六轮小跑车,称为“漫游者”。“漫游者”在着陆器着陆后的第二天走下着陆器,开始对选定的目标进行研究。在以后的90天里,“火星探路者”共向人类发回了1.6万张照片。

1996年8月6日,美国航宇局宣称,科学家们从一块来自火星的陨石上发现了可证明火星上曾经存在生命的化学物质。部分专家认为,在这块来自火星、年龄40亿~45亿年的陨石ALH84001上,含有某些与生命现象有关的特殊化学物质。此举在全球引起了轩然大波,各国学者议论纷纷,各抒己见,连诺贝尔奖金获得者德迪韦也参加了这一世界性大辩论,他说:“仅仅是从一块被认为可能来自火星的陨石中发现有机物并不能证明火星上曾存在生命。”英国天文学家希尔甚至怀疑这块石头是否真的来自火星,他说:“只有当飞船在火星上着陆取回试样并发现生命的踪迹后,才能得出正确的结论。”我国科学家也参加了这一大讨论,并且意见不一。

1996年11月,美国发射“火星全球勘探者”飞船。“火星全球勘探者”在1997年9月进入火星轨道,这是人类成功地送入火星的第一个轨道器。

“火星全球勘探者”探测器在环绕火星的轨道上飞行时勘探其地质特征,这也许能帮助人们找到ALH84001陨石的地理渊源。它经过10个月的旅行抵达绕火星飞行的轨道,绘制火星地形图、分析火星大气成分和记录火星大气变化的情况,完成1992年升空的“火星观察者”探测器未完成的任务。“火星观察者”探测器原定1993年8月24自到达火星轨道,但1993年8月21日突然与地面失去联系。

1996年11月俄罗斯发射了“火星—96”探测器,它被称为射向火星的“炸弹”,10个月以后进入火星轨道。此后分为3个部分,一部分留在火星轨道上拍摄火星表面,考察火星大气层的成分和温度;另一部分是向火星表面释放2个着陆站,用以记录火星表面几米高度内的大气温度、湿度和风速等情况;第三部分是2个能刺入火星土壤的“炸弹”式锥形穿入器,用于分析火星土壤成分和探测火星地震情况。

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“火星全球勘探者”探测器

“炸弹”式穿入器能扎入火星地下4~6米(视土层硬度而言)。它有一人高,呈长形,头尖,头部用超硬度材料制成,装有高灵敏度和高精度仪器,能在80千米/时速度下落时完好无损地穿入火星表面,发挥正常的探测作用。当然,这花费了科学家很多心血才研制成功。其重任是确定火星土的成分及其物理机械性能和磁性,为的是了解火星的演变过程、它的过去,并预测未来。尤其是考察火星上有没有水源和水质如何,从而最终找到火星上有没有生命这一重要线索。

“火星—96”探测器起飞重量为6580千克,轨道器重650千克,两着陆器各重50千克。着陆器和穿入器所获信息通过无线电把信息传到轨道站,然后转送到地球。这一“三级”探索系统将对火星表面详细拍摄,在不同的光谱区考察,研究大气的结构和变化情况,分析火星土壤。它是对美国“火星全球勘探者”和“火星探路者”的研究加以补充。

除了美、俄以外,欧空局也在研制3~4个各重79.5千克的半软着陆的火星探测器,准备参加美国的“火星环境调查网络”计划。其探测器采用铝质材料,本体是一个直径903毫米的圆简,周围装有5条用于着陆的炭纤维增强塑料制的“腿”。本体上除有太阳电池、摄像机和天线外,还装了气象观测装置和测试磁场用的展开杆。当探测器进入火星大气时先张开降落伞减速,落地时伸出五条“腿”,以吸收着陆时的冲击力。

2001年,美国国家航空航天局发射了“奥德赛号”火星探测卫星,主要是寻找水与火山活动的迹象。

2005年,美国又发射发一颗火星勘测轨道飞行器。2007年,美国又把“凤凰号”火星探测器送上了火星,对火星土壤进行挖掘取样。

除美国外,其他国家也在积极筹划火星探测活动,火星探测活动正如火如荼进行中。