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火星“情报局” 你想知道的都在这里

来源:科普中国2020-07-23 13:49

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  火星是离地球较近且环境最相似的星球,一直是人类走出地月系统开展深空探测的首选目标。人类已对火星实施了44次探测任务,其中成功了24次,火星是目前人类认识最深入的行星之一。

  地球的“姊妹星”之火星档案

  火星是离太阳第四近的行星,大小处在地球和月球之间,平均赤道半径为3398km,约为地球的1/2,月球的2倍;火星运行轨道为明显的椭圆形,绕日公转周期为687天,约为2个地球年。

  火星的自转轴倾角和轨道偏心率都会发生周期性变化,自转轴倾角的变化周期为120万年,变化范围为14.9°-35.3°(现在为25°),偏心率的变化周期约为200万年,变化范围为0.004-0.141(现为0.097)。

  在太阳系八大行星中,其物理性质和化学性质与地球最为相近。火星拥有高山、平原和峡谷等多种地形,南方充满陨石撞击的高地和峡谷,北方则多是被熔岩填平的平原,由于自转轴倾角和自转周期与地球相近,火星的昼夜长短及四季变化与地球也几乎一样。

  火星:地球的过去还是未来?

  火星探测取得的成果最为丰富,特别是水的发现,极大地激发了人们在火星上寻找生命的热情,火星上是否存在孕育生命条件以及火星是地球过去还是地球未来,成为火星研究重大科学问题。研究火星对认识地球演变具有非常重要的比较意义。

  同时基于现有航天能力,飞行时间8-10个月可到达,相比更远的行星和卫星,任务周期较合适;火星与地球有最接近的环境,使得机器人或人类驻/住火星成为可能。因此在载人登月之后,火星成为人类登陆行星的首选目标。

  相比于月球探测,火星探测任务的难度更大。由于火星相对地球距离较为遥远,对发射、轨道、控制、通信和电源等技术都提出了很高的要求。考虑到风险、成本等因素,地球航天器到火星的最佳路线为1925年提出的“霍曼轨道”。由于该轨道每26个月才能出现一次,且最近“霍曼轨道”形成时间为2020年夏,所以近期各国火星探测计划均集中在该时间段。

  “三大步”向着火星迈进!

  自1996年以来,几乎每个发射窗口都有火星探测器发射,按技术水平和任务内容来划分,人类火星探测大体分为三个阶段。

  第一阶段:研究初期的飞越探测(1960-1970)

  这一阶段国际探空探测尚处研究初期,相关国家主要以火星飞越探测、传送火星图片与探测大气参数为主,但探测任务成功率并不高,仅有一例成功完成任务。1962年,前苏联发射“火星1A号”探测器被认为是国际火星探测的起点,但该探测器在飞往火星的途中与地面失去联系,最终失败。此后,前苏联的“火星1号”与美国的“水手3号”等火星探测器探测任务也宣告失败,直到1965年终于由美国的“水手4号”首次完成火星飞越,成为首例成功探测火星的人造卫星。到了六十年代中后期,美国与前苏联对火星的探测热情有所减弱,转而集中探测金星。

  第二阶段:初步了解火星表面(1970-1990)

  上世纪七十年代初期,美苏重新展开火星探测活动,以轨道环绕与着陆探测为主,主要任务包括传输图像、探测大气、磁场、地表温度等。

  在此阶段,探测任务成功率明显提高,包括“水手6号”在内的多颗探测器顺利完成任务,尤其是1971年发射的前苏联“火星3号”探测器,成功登陆火星成为首颗火星着陆器。1972年,美国“水手9号”到达火星,成为了火星第一颗人造卫星。进入冷战后期,美苏两国对于深空探测的投入减小,仅前苏联发射两颗火星卫星探测器,且全部失败。火星探测的主要方向由发射探测器转为研究历次发射所得资料数据。

  第三阶段:探寻火星生命迹象(1990-至今)

  冷战结束后,火星探测重新成为深空探测的热点。以美国为首的多个国家地区分别开展火星探测活动,探测方式主要为着陆探测,主要目标是寻找火星水存在的证据和生命迹象。期间共发射过“火星快车”“勇气号”“机遇号”和“好奇号”等多颗探测器,成功找到了火星水存在的证据。

  7月23日,令人期待瞩目的“天问一号”任务将一次实现“绕着巡”三步走,即对整个火星进行全球观测、成功着陆火星,以及火星车进行巡视勘测。(光明网记者 武玥彤 张蕃)

[ 责编:蔡琳 ]
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