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“天问一号”:欲问哪些火星之秘?

来源:科技日报2020-07-24 10:04

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  7月23日,我国首个火星探测器由长征五号遥四运载火箭从海南文昌航天发射场发射升空。我国首次火星探测任务“天问一号”正式实施。

  “天问一号”是我国迈向比月球更远的深空探测的第一步,举国关注。那么,“天问一号”究竟问什么?

  未知 人类探索永恒话题

  除了实现火星制动捕获、探测器进入/下降/着陆/巡视、远距离测控通信等工程目标外,“天问一号”还肩负着很多科学任务。

  中国科学院国家空间科学中心王赤院士等人在7月13日《自然·天文学》期刊上发表的文章《中国首次火星探测任务》详细介绍了这5大科学目标,分别是研究火星形貌与地质构造特征、表面土壤特征与水冰分布、表面物质组成、大气电离层及表面气候与环境特征、物理场与内部结构。

  “好奇心是驱使人类探索的不竭动力。‘天问一号’想要探究的这些科学目标基本涵盖了学界长期以来对火星感兴趣的方面。”中国地质大学(武汉)行星科学研究所教授肖龙在接受科技日报记者采访时表示,虽然国际上曾多次探测火星,传回了许多宝贵数据,但是火星还有很多未知之处、未解之谜,需要我们一步步探索。

  “人类最关心的问题就是火星上的水和生命。”中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室研究员邸凯昌告诉科技日报记者,火星的水环境演化是多年来科学探测的核心目标之一。

  邸凯昌指出,以往火星形貌、矿物等相关研究显示,火星历史上是存在大量液态水的,甚至可能曾存在广阔的海洋,但现在火星为何变成了干枯的“沙漠星球”,以前的水如何形成,后来又如何消失?火星作为太阳系中与地球最相似的行星,它的今天是否将预示着地球的明天?这些重大的科学问题都有待解答。

  “为了进一步探索火星是否存在或满足生命的生存代谢条件和需求,以往几乎每个探测火星的发射窗口,国际上都有发射任务,来探索这些未知。”中国科学院国家天文台研究员平劲松举例说,火星可能存在生命的环境状态,除了有机低分子外,是否存在局部丰富的有机大分子,在哪里可以碰巧发现火星低端生命的化石甚至真实的存在?

  他还指出,火星的内部构造是否可以确保存在热源,以及内部热源是否足够稳定并满足火星表面能量平衡的需求,没有磁层的火星大气是否足够抵挡太阳风和高能宇宙线对环境的破坏?这些谜题都需要一步步探索。

  值得强调的是,“有些方面,如火星形貌等研究,虽然以往也积累了较多数据,但再次探测仍有重要意义。原因在于火星本身是个活跃的星球,以前‘看’到的景象现在可能已经发生变化,如陨石坑斜坡上的季节性复现条纹、新的风蚀和流水地貌等。”肖龙表示,这次我国的火星探测并非以往探测的单纯重复行为,可能挖掘出更多有关火星动态变化的信息。

  突破 瞄向“探火”未竟之地

  “成功实现绕、落、巡‘三合一’工程目标,并获取大量的科学探测数据,为实现科学目标奠定了基础。充分分析这些数据,挖掘数据中蕴含的信息,进行多学科的深入研究,才能真正实现最初设立的五大科学目标。”邸凯昌指出,数据分析和研究有多种方法,不同学科领域各有特色。以火星形貌研究为例,往往通过遥感数据解译分析、数值模拟或物理模拟实验、火星与地球类似形貌对比研究等多手段、多角度“还原”火星形貌特征和形成过程。

  “数据分析和研究过程中还需要多学科、多团队的密切合作,如此才能较为系统地认识火星的真实面貌。”邸凯昌说。

  这次探测任务有可能在哪些方面取得突破?相信很多人都会有此疑问。

  在平劲松看来,我国完全自主开展的绕、落、巡火星探测任务,是一个伟大的壮举。然而历史上火星探测的成功概率大约在一半左右,如何顺利抵达火星以及顺利降落到火星表面,为后续火星和其他行星探测工程计划积累丰富经验,将是最大的收获。

  平劲松表示,以往十多年的月球探测和空间科学探测过程中,我国工程师和科学家在行星与地球遥感、空间物理、月球与行星地质、行星大气和行星物理等领域,积累了丰富的探测技术手段,培养了高层次的科学研究队伍,这次火星探测预期有机会在上述方面取得令世人瞩目的进展。

  邸凯昌告诉记者,据现有公开资料显示,我国探测器的着陆区设计在相对平坦、地貌类型比较丰富、科学研究价值很大的地区,该区域是一块其他国家尚未到过的“处女地”,我国火星车在着陆区获得高分辨率、高精度数据,将会支撑形貌与地质构造、矿物、次表层结构与水冰分布、表面气象特征等多方面科学研究取得突破。

  肖龙认为,“天问一号”的成功实施,还将极大地激发更多年轻人投入深空探测和行星科学研究的热情,加速我国在相关领域科研团队的壮大,为后续天问系列探测计划的实施奠定基础。

  记者 于紫月

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