火星大挑战: 捡石头回家

“逐火嘉年华”

中国长征五号火箭正在升空,将天问一号送往火星。

2020年7月,中国、美国和阿联酋三个国家向火星发射了探测器,争先恐后地前去探索这颗红色星球。这是因为2020年7月底至8月中正好是一个火星探索的窗口期。除了对火星进行常规的环绕、登陆和巡视,中国和美国对于火星探索有更大的野心,那就是从火星上带回岩石或尘土样本。

火星探索窗口期

火星与地球之间的距离是变化的,每隔26个月,会有一小段时间,地火距离较近,而且地球处于最适合飞往火星的位置,这段时间被称为“火星探索窗口期”。

热闹的火星

火星是太阳系中与地球最相似的一颗星球,从古至今,人类对火星的好奇从未间断。而人类利用现代科技对火星进行的探测活动从60年前就开始了,共有47次火星探测任务,其中45%的任务成功完成。

这些送往火星的探测器有的环绕火星,近距离拍摄火星照片、搜集大气信息;有的登陆火星,拍摄火星地表照片;有的自带各种仪器,在火星上一边巡游,一边分析表面岩石样本。目前,美国的好奇号火星探测器仍在火星上巡游,而数个航天器正沿着火星轨道飞行;三个新的火星探测器正飞往火星;载人登陆火星的计划也已经提上了日程。然而,到目前为止,人类从未从火星上获得过任何岩石样本。

月球岩石揭示地月形成的奥秘

20世纪60年代的登月计划不仅使人类登上了月球,而且带回了许多月球岩石样本,美国阿波罗载人登月任务带回了2200块总重382千克的月球岩石,前苏联的太空船也带回了近半千克岩石样本。中国计划于2020年底实施月球采样并返回的任务。

这些样本对于科学家而言,比稀世珍宝还珍贵,它提供了有关月球的许多讯息,如月球上的岩石成分、月球的年龄等,而最大的发现是月球岩石与地球岩石在很多方面非常相似。这一发现使科学家们提出了一个地月系统形成理论:45亿年前,一个火星大小的天体撞击了新生的地球,撞击产生的碎片环绕地球并最终积聚成了月球。

因此,岩石样本是科学家揭示太空奥秘的重要线索。

月球岩石是如此珍贵,在2018年,三块仅重200毫克的月球岩石竟卖出了85.5万美元的天价。

捡石头回家,解科学家心结

图片展示了火星表面交织着的美丽沟壑,科学家认为,这些沟壑的形成很有可能与液态水的参与有关。

其实,各种火星探索任务已经为我们带回了大量清晰入微的火星图片,火星探测器也对火星土壤成分进行了分析,那么,为什么我们还要花那么多功夫和资金去火星上捡石头呢?

火星探测器毕竟体积有限,而精密分析仪器体积通常很大;在地球上,有那么多精良的设备,那么多高端的实验室和出色的科学家,可以从生物、化学等各个角度,深入到分子层面,挖掘更加丰富的火星信息。

这一任务的最大意义在于解开科学家们一直耿耿于怀的心结:火星上究竟是否存在过生命。以往的所有探索都没有发现直接的证据来证明火星生命存在过。既然无法通过探测器找到证据,那么,就得把岩石带回地球,集全球科学家和科技之力来寻找。

带火星岩石返回地球有多难

人类在50年前就实现载人登月了,到今天卻还未实施过地球和火星之间的往返飞行,更别说从火星上带回岩石样本了,这比地月之间的飞行难很多。

火星比月球远得多,中国曾经登月的嫦娥四号4天之内就到达了月球轨道,22天后降落在月球背面,如果降落在月球正面则更快,只需几天;而前往火星的中国天问一号于2020年7月发射,要到2021年2月才能到达火星轨道,预计2021年4月才能着陆。距离使燃料的携带量增加,路程中的风险也增加。在如此远的距离中自动执行多重任务也给技术上增加了难度。

除距离远之外,火星大气与地球大气相比,非常多变,也给火星上的发射任务带来了很多挑战。

不过,人类的航天技术日新月异,已经突破了很多障碍,是时候迎接新的挑战了。带回火星岩石之后还有更大的挑战——载人登陆火星。

中国天问二号的

火星样本返回计划

天问一号火星探测器想象图天问一号飞行效果图

2020年7月23日,在位于海南的中国文昌航天发射场,巨大的长征五号火箭升空并进入预定轨道,成功为天问一号火星探测任务启航。如果天问一号任务成功,执行采样和返回的天问二号任务将于2028至2030年实施。

天问二号将携带两组设备:轨道器/返回舱和巡视器/上升器/着陆器。前者到达火星轨道后在那里等候,后者则在火星上收集样本,火星样本会通过上升器发射至火星轨道,与前者对接,返回舱会将样本带回地球。

美欧的火星样本返回计划

美国宇航局和欧洲航天局也在联手实施火星样本返回任务,他们计划从地球进行3次发射任务,分步骤完成,期望在2030年收到来自火星的石头。

2020年7月发射的探测机器人到达火星后,会在火星表面收集岩石样本,并放置在特定区域;第二次发射的是样本回收和火星发射装置,将已收集好的火星岩石样本装入一个篮球大小的容器中,并将它发射至火星轨道;第三次火箭发射任务将把地球轨道返回器送到火星轨道,接到装有火星岩石的容器并将它带回地球。

誰会第一个带回火星石头呢?我们拭目以待。

寻找火星生命的证据

火星地表呈现出水流痕迹,而且地下水冰广泛分布于火星赤道之外的所有地区,而水是生命的基础,有水的地方,就有存在生命的希望;同时,火星探测器还发现了一些矿物,它们类似于地球微生物活动后产生的物质。如果火星上存在过生命,那将是一个比原子弹爆炸更有冲击力的消息,说明地球不是唯一存在生命的星球,我们在宇宙中不是孤单的。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年11月1日 上午8:08。
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