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火星,中国非去不可!

时差岛岛主 时差岛 2021-04-16

时差岛第 56 条推送


中国人
第一次火星之旅
  我们来了!
🚀
 

 


火星,中国来了

4年前,2016年1月11日,
中国首次火星探测任务
「天问一号」正式立项。

今天,2020年7月23日,
「天问一号」搭载长征五号运载遥四火箭,
在中国文昌航天发射场发射升空。

这是中国人第一次自主探测火星,
6个多月后成功抵达,我国将成为
继美国、苏联/俄罗斯、欧洲、印度、日本后
第6位「国际火星俱乐部」成员。

顺利完成「环绕+着陆+巡视」三大任务后,
我国将是美国后第2个实现火星着陆的国家。

摄影©CFP


回想50年前,

中国第一颗人造卫星「东方红一号」发射,

中国人正式开启星际征途。


50年后,

中国航天科技已达到世界领先水平,

嫦娥奔月、神舟飞天、北斗列阵……

一代代运载火箭载着我们的航天梦升空。

 

我们的征途是星辰大海!

中国人早已许下雄心壮志:

下一站,火星!


▲中国深空探测已拉开帷幕,继人造卫星、载人航天后,探月工程五战五捷,中国首次火星探测任务「天问一号」完成将标志我国深空探测能力实现跨越式发展。摄影©CFP


 火星,中国为什么一定要去?


从科学探索看,

火星探测,是太空强国的重要标志,

登陆火星,中国将跻身世界航天第一梯队。

中国人,非去不可。


从人类未来看,
地球迟早濒临人类生存极限,
火星是太阳系中人类最可能移民的行星。
这是关乎人类生死存亡的终极问题,
地球人,非去不可。

火星,人类的终极狂想。

这不仅仅只是一个科学命题,

生存、竞争、探索、征服、幻想……

欲望的引力来自外太空,更来自人类内心。


▲「天问一号」命名取自中国诗人屈原的名篇《天问》,问天地、问浩气、问乾坤。制图©时差岛


为什么要登珠峰?因为它在那里。

为什么要去火星?因为它在那里。


镌刻于人类基因中的好奇心,

驱动着我们一次次奔赴星辰大海,

而今又踏上茫茫宇宙的未知征途。

 

中国人有能力飞得更远,

我们也应该飞得更远。

我们要探测整个太阳系,

我们要向太阳系的星辰大海挺进,

这就是我们的目的。

——中国探月工程首席科学家  欧阳自远


我们期待着,200天后

当中国火星车第一次触摸火星表面,

打开它深蓝翅膀那一瞬间,

14亿中国人的热泪盈眶!


▲天问一号,万众期待!图为甘肃金昌“火星1号基地”。摄影©CFP


前往未知,发现未知

   火星,我们来了!

本期时差岛,邀您一起

凝望这颗火红星球

 


            

中国天问

    第一次,有多难?


 

此时此刻,「天问一号」正赶往火星! 

这注定是一次超高难度的旅程。


时机难逢!
每26个月等一次的「火星发射窗口期」
是地球与火星距离较近,飞行最省燃料的时机,
2020年7月正好是黄金窗口期,
万一错过,又要再等2年多。

于是,三国扎堆去火星!

🇦🇪 7月20日,阿联酋「希望号」率先出发;

🇨🇳 7月23日,中国「天问一号」荣耀启程;

🇺🇸 8月上旬,美国「毅力号」也即将发射。

而「天问一号」无疑是我们中国人最关心的。


▲当火星跑在地球前面44°角时,探测器发射沿「地火转移轨道」飞6-7个月遇见火星,探测器被火星引力场捕获。这样的时机每26个月出现一次。制图©时差岛

 

目标高难度!


中国首次自主火星探测任务,

就要挑战人类航天能力的极限,

一次发射完成「环绕+着陆+巡视」3大目标。

美国人飞2次才能做完的事,中国要1次搞定。


如此高起点、高难度的挑战,

是世界航天史前所未有的壮举!

 

▲按计划,环绕器将于2021年2月11-24日环绕火星运行,着陆巡视器将于2021年4月23日降落火星表面。制图©时差岛


成功率低...


至今,人类已发射44个火星探测器,

成功率仅为43%,美国人有一个形象比喻:

其难度堪比「从巴黎打一个高尔夫球,

刚好落到东京某个球洞里」。

火星也因此一度被称为「星际坟场」。


我们也经历过失败。

2011年,中国首个火星探测器

「萤火一号」乘俄罗斯飞船升空,

因轨道调整失败而坠毁。

这也坚定了我国完全自主探火的决心!

 

▲图为NASA模拟航天器接近火星的概念图 摄影©CFP

为什么这么难?

首先,它太远了!


从地球飞抵月球只需4天,

飞抵火星最短也得6个月。


拥有超强能力的运载火箭,

是这场星际大穿越的关键前提。

2016年,庞然大物「胖五」横空出世,

终于让几亿公里的火星之旅梦想成真。


探测火星有多难

  天问一号+胖五就有多牛!


 制图©星球研究所

其次,通信延迟。

从地球发一个信号去火星,

光速奔跑也得23分钟,

对探测器的自控能力要求极高。


再次,着陆更是难上加难!

火星气候狂躁,沙尘暴一刮啥都看不见,

着陆前7-8分钟,无法与地球取得联系,

探测器要「完全独自」面对一切未知。

这最难最惊险的环节被称为「恐怖7分钟」。


中国「天问一号」探测器

着陆过程模拟


一路狂奔的天问一号

将通过4个减速段把速度从4.8km/s减到0

降落伞打开的场面,将极为震撼!

▼ 


着陆成功,火星车释放

这只深蓝闪蝶将在火星表面开启

长达3个多月的巡视之旅

 

影像来源©央视频

让我们共同期待

「天问一号」成功着陆!

 

 


            

火星,地球的姐妹星



太阳系八大行星中,

火星是唯一「像地球」的天体。


水星、金星虽近却太炙热;

天王星、海王星又太遥远寒冷;

木星、土星充满气体,根本没法着陆;

只有与地球毗邻的火星,

结构、年龄乃至初期环境都相似,

成为了我们最容易接近的行星。


 制图©时差岛

火星的一天有24小时39分钟,

时间长度和地球相似,

也有昼夜交替、春夏秋冬四季轮换,

气温和其他行星比,还算勉强「温暖宜人」......

 

制图©时差岛


更重要的是,火星有液态水!


火星与地球刚出生时有着相似的模样,

40亿年前,它们一样是海洋世界。


两姊妹在剧烈天体撞击中活了下来,

却在随后几十亿年分道扬镳:

一颗蔚蓝,诞生了生命的奇迹,

一颗火红,走向了死寂与荒芜。


40亿年前的火星,亲切!

▲40亿年前,火星雨水充沛、生机盎然,北半球的海洋覆盖了火星表面1/5区域。


曾经如此美妙的火星,

为何走向与地球截然不同的命运?

关于这个奥秘,人类的探究才刚刚开始。

科学家推测,「太阳风」数十亿年吹拂

让火星磁场消失,地貌发生了根本变化

——火星死了!


火星比地球小得多,太阳风吹走大气层,磁场消失;还有一个说法是火星内部地质活动停止,内核冷却。总之,最终海洋蒸发,火焰熄灭,地表结冰…火星成了今天的样子。
 

火星上有生命吗?


这是人类最关心的问题。
人类「跟随水的踪迹」在火星寻找生命,
结果仍未知。但毫无疑问,
假如太阳系真存在地外生命,
火星一定是最可能的那个!


▲宽阔的河流、泛滥的洪水这些早期景象至今有迹可循。2018年7月25日,《科学》杂志一论文称人类首次在火星直接找到了液态水——南极冰盖下存在一直径20公里的冰下湖。摄影©NASA




            

火星,到底长什么样?



火星之所以呈红色,

因富含铁的岩石「氧化」,

就好比铁生锈了一般,

当生锈尘埃漂到大气中,整个星球就红了。

准确地说,是一种迷人的铁锈红


摄影©ESA/DLR/FU Berlin


从1965年「水手4号」传回第一张火星照片,

迄今,人类照相机已拍遍了99%的火星表面,

绘制出极详细的火星全图,并试图拼凑它的过去。

 

火星全图

北半球,一马平川

南半球,伤痕累累


地图来源©National Geographic


时间在火星是停滞的。


火星表面,最古老的诺亚纪地质,
(41~37亿年前)占了总面积一半;
而地球上同等古老的地质面积仅占1%。
这意味着:人类有机会在火星上
一睹太阳系诞生早期的样子。




📍 水手峡谷
Valles Marineris

太阳系最大峡谷,火星最著名景点

在它面前,地球所有峡谷都相形见绌


水手谷因1972年发现它的NASA探测器「水手9号」而命名。长约4000多公里、宽约200公里、深约7公里。比地球第一峡谷雅鲁藏布江大峡谷更深,长度相当于从上海开车到拉萨。


📍赫伯斯峡谷
Hebes Chasma

火星上,火山与峡谷都比地球大得多!


📍 奥林匹斯山

Olympus Mons

火星上最大的「包」

也是整个太阳系最高山峰

高度2.6万米≈ 3个珠穆朗玛!

火星显著地貌多以希腊神话命名


▲火星20多座大型火山中最著名的!它最后一次喷发是在约2500万年前,盾形的火山口能装下整个伦敦。

📍塔尔西斯山群
Tharsis Montes

三座火山连成一线的火山高原

幅员辽阔,面积比美国还大


▲塔尔西斯山群与奥林匹斯山毗邻,地图上十分显眼。


📍 维多利亚撞击坑
Victora Crater

火星上遍地陨石撞击坑

颇似月球表面地貌



📍诺亚台地
Noachis Terra

火星最古老区域之一,满是水蚀痕迹

火星地质年代的诺亚纪就以它命名




📍南北极冰盖
Mars Polar

火星的南北极有着「生命之源」,

由水冰组成的极地冰盖令人惊喜!


▲冰盖下面是永久冻土(水冰),冰盖上面是二氧化碳冰(干冰)。夏季太阳照射,干冰层蒸发,水冰暴露出来,可供采掘。


火星的皮肤,迷人的火星褶
它不止红色,还有棕黄、灰白、蓝绿……
探测器拍下的这些照片,
让人想起作家福楼拜的金句:
科学与艺术在山脚下分手,却在山顶上会合。

📍火星皮肤色


极地雪崩的白、流动沙丘的蓝、液态雪融水的灰、沉积层的褐色褶皱……火星地貌本身就是大地艺术。

火星的日出是橙色的;

火星的日落是蓝色的。


在地球,空气散射光线让天空呈蓝色;在火星,散射来自红尘埃,天空呈橘色调。

日落时,太阳光被灰尘散射呈蓝色状。与地球相比,火星离太阳更远,太阳看上去更小了。 


沙尘暴一刮,就遮天蔽日,

尘土会始终覆盖一切……

很偶尔,飘过一缕水冰云;


水冰云只在赤道低空和极地附近偶尔出现。图为尘卷风投下的蛇形阴影。

火星上也有「麦田怪圈」,

是火星人在微笑?


2008年火星轨道探测器拍摄到的怪圈。


对了,火星有两个「月亮」,

幸运的话,能看见双日食。

在火星上,「月亮」的安慰也是双份儿?


火星有两颗长得像土豆的卫星,但非常小,直径还不足月球的1%。当两颗卫星在太阳前经过时,就是双日食了。




            

人类认识火星,千年为期



早在4000多年前,

人类就开始用肉眼观测火星,

也用它来占卜人世间的祸福。


无论在东西方
古人眼里的火星≈「死亡」「血腥」

中国古人称火星为荧惑,是极凶兆;

古巴比伦人称它是死亡之星;
古希腊、罗马人用嗜血战神称呼它,
这也是火星英文Mars的由来。

▲罗马神话中的战神Mars @Hans Thoma


世界进入近代史,

望远镜的发明,科学代替了神话,

人类才离火星近了一点点。


1609年,开普勒算出火星轨道是椭圆;

1610年,伽利略第一次用望远镜观测火星。



▲1877年,意大利天文学家斯基亚帕雷利绘制火星地图,意大利语标注的暗线Canali,被误会为英文Canal(运河)。「火星运河时代」成了20世纪初的大乌龙。


火星,人类的科幻母题


人类对火星的认知不断被刷新,

发现极地冰盖,测量自转周期,绘制火星地图……

至18世纪下叶,火星似乎被人类看透了


甚至一度猜想,

火星不仅有运河,还有火星人!

科幻小说里的外星人,大多来自火星,

这种奇妙想法左右了人类近100年。


火星人想象图 @Bruce Pennington




            

航天时代,直击火星!


人类直接探索火星,

始于上世纪60年代的美苏争霸。

进军火星,一开始就充满政治色彩,

客观上,也拉开了人类火星探测的真正序幕。


美苏的火星争霸,美国压倒性胜利。
整个1960s,苏联8次探测一次都没成功。

火星也成了苏联航天史的噩梦。


1965年,美国「水手4号」成为人类第一个飞掠火星的探测器,拍到第一张火星照片。


冷战结束后,新一轮「太空争霸」开始,

一场关于国家荣誉、金钱和人类梦想的竞赛,

「登火星」成为彰显大国实力的最强符号。


谁能率先实现人类航天员踏上火星,谁就永载史册。


▲2012年,美国好奇号火星车着陆火星表面,至今仍在火星上行走。摄影©NASA


人类的航天探索,

失败是差一点点成功,

成功是差一点点失败。


21世纪,火星探测迎来全盛时代!
迄今,人类共进行了46次探火任务,
美国21次、苏俄19次、日本1次、
欧洲2次、印度1次,
中国和阿联酋的探测器正在赶往火星途中......
祝它们好运!

🛰️


《火星探测60年》
这是短短60年间人类向火星
发射的环绕器、着陆器、巡视器(部分)
群星闪耀

 
人类的火星车质量一个比一个大,技术功能一个比一个强,火星探测由表及里。制图©时差岛




            

移民火星
人类并不是在幻想


移民去火星,
确实是人类的未雨绸缪

从全球变暖、疾病爆发、

资源枯竭这样的慢性自杀;

到小行星撞地球、伽马射线暴、

黑洞吞噬、核战争、太阳大爆发、

机器人控制人类的一招致命……


科学家眼里,

人类灭绝,有100000000种可能。

 


霍金就曾断言:

除非我们移民太空,否则,我不认为人类在未来1000年还能幸存。

而地球一旦毁灭,

移民火星,或许是人类目前的唯一选择。


一切并不停留于幻想,
事实上,如何改造火星使它适应人类生存,
已成了21世纪的热门科学话题。

那么,到底何时能送人类登陆火星?

美国NASA的计划是2033年,

而狂人马斯克已放出豪言:

要在2050年把100万人送去火星!

——这确实是21世纪最燃的狂想。


人类火星小镇

美国国家地理版本

这是国家地理杂志2016年推出的火星专辑,对火星地球化、再造大气层、物资能源获取等做了详尽分析。
Photo©National Geographic

火星移民基地

Space X 马斯克版本

▲2019年9月,美国Space X公司CEO马斯克放出他的火星移民计划,39页PPT在网络疯转。火星这个最高级竞技场,诸多亿万富翁正在加入。


火星基地设计大赛

民间脑洞版


在未来,人类是否可能

把火星改造成一个与地球类似、

适宜人类居住的星球呢?



            

火星,全民大狂欢


在人类的文化语境中,

月亮寄托思乡、爱恋、温情,

火星则是战斗、欲望、能量。


而今天,随着科技进步

人类对火星的向往,更加激烈。

好奇、开拓、雄心、冒险……

火星成了21世纪最酷的流行文化。


火星也激发了我们的想象力,

成为文艺、时尚界的一种「高级黑」。

众多科幻小说以火星为题,

好莱坞的火星电影超过100部!


火星主题的电影


▲《火星救援》马特·达蒙的土豆成了一个新梗。种菜、修车、急救...电影告诉我们,要成为一名合格的火星宇航员必须十项全能。

明星们为火星写歌、唱太空摇滚,

艺术家借火星探讨生命、时间和哲学的意义。


▲英国歌手大卫·鲍伊《火星上有生命吗》唱尽了地球人的孤独。

1970年代的太空热!


设计师、旅行家也不甘示弱,

无数《火星漫游指南》印刷精美,

仿佛买张机票就可以来一趟火星旅行!


各种火星主题海报


「地球十大酷似火星的旅游胜地」,

诸如此类评选,人们乐此不疲。

从中国青海冷湖、甘肃金昌,

到美国犹他州、亚利桑那州,再到约旦、冰岛…

人人都想蹭一把火星热。


美国犹他州的地貌酷似火星,建有火星沙漠研究站。

冰岛 Landmannalaugar,酷似火星纹理。

甘肃金昌「火星1号基地」,我国首个火星生存模拟基地。摄影©CFP



            

火星,人类非去不可?



总有人问:

地球还那么多问题没解决,

为什么要去关心宇宙的事。


🇮🇳印度人说:

如果我们没有伟大梦想,

永远只是伐木人和挑水工。

——印度政府答复「世界1/3穷人在你们国家,为何不先扶贫」。

 

🇷🇺俄罗斯人说:

地球是人类的摇篮,

但人不能永远生活在摇篮里。

——俄国火箭之父,齐奥尔科夫斯基这样说。

 

🇺🇸美国人说:

太空探索给人类一面自我审视的镜子。

——美国政府被问「地球还有很多小孩吃不上饭时、为何花天价造火箭」时,如是说。

 

🇨🇳中国人说:

这是我们航天强国的梦想,

为人类和平利用太空,

构建人类命运共同体贡献更多中国力量。

——中国行星探测任务命名及符号,寓意深远


中国网友说,

要问去火星有什么意义,

请问数十亿年第一条爬上陆地的鱼有什么意义?


科学与理想、野心与欲望之外,

它其实只源于人性本能。



我们登上火星是因为我们必须如此,

进化早已在人类身体埋下流浪的火种,

毕竟我们来自狩猎者、采集者,

我们在地球99.9%的时间都是浪子,

而流浪的下一站就是火星。

——天文学家 卡尔·萨根

这是他在离世前留给未来火星移民的录音


而对于一个普通人来说,
火星究竟又意味着什么?

正如「天问一号」的命名,
这是天问,没有答案,
它问向天地万物,更问向你的内心。


火星是否有生命,

其实是人类的自我叩问:

在宇宙中,我们是否真的孤独?


如果最终火星荒芜一片,

我们更能深刻明白,

生命的出现真的是个奇迹!


理解火星

就是理解我们自己


- END -

文 | 王泽北 马听听

制图 | 韩丹 赵继成

图 | CFP NASA等


感谢本期审校专家

张超

科普作家 天体物理硕士

© 时差岛出品




主要参考资料:
《火星全书》大卫·M.哈兰德  《火星》弗朗西斯·罗卡尔  《赶往火星》罗伯特·祖布林 《我们为什么要去火星?》斯蒂芬•彼得拉内克 《火星探测的主要科学问题》欧阳自远《火星移民指南》诺伯特•克莱弗特 《太阳系度假指南》奥莉维亚·科斯基 《太空旅行指南》尼尔·F.科明斯





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