物理學家李淼:天問一號是一次浪漫徵程的開端

2021-01-08 北京青年周刊

2020年7月23日12時41分,中國在海南島東北海岸中國文昌航天發射場,用長徵五號遙四運載火箭成功發射首次火星探測任務「天問一號」探測器,火箭成功將探測器送入預定軌道,開啟火星探測之旅,邁出了我國自主行星探測第一步。

「天問一號」探測器將在地火轉移軌道飛行約7個月後,到達火星附近,通過「剎車」完成火星捕獲,進入環火軌道,並擇機開展著陸、巡視等任務,進行火星科學探測。

早在2300多年前,詩人屈原就用一首長詩《天問》,發出了對宇宙洪荒、天地自然的疑問,「日月安屬?列星安陳?」儘管現代天文學已經可以非常精確地回答這一問題——太陽系的引力維繫著八大行星繞其公轉,然而關於生命、人類、太陽系乃至宇宙的起源,還有太多的未解之謎。

7月25日至7月30日,山中天藝術中心集結王晉康、劉韡、李淼等知名科幻作家、科學家、藝術家、策展人、建築師、學者、航天業者等30位嘉賓,帶來「預言——山中天2020科幻論壇」,其中包括5場不同主題的科幻論壇,暢談科技與人類社會的發展。針對當下最熱的科技新聞,我們就「天問一號」相關問題專訪到了參加此次論壇的著名物理學家李淼,他對於此次中國首次火星探測任務有獨到見解。

一直以來,作為太陽系裡與地球最為相似且距離較近的行星,火星都是人類渴望了解的「另一個家園」。在那些科幻作品中,不僅有火星來客,人類航天員還登陸火星種起了土豆(電影《火星救援》)。一部部壯闊震撼的作品散發著經久不衰的魅力,不光展示著目前相對成熟或能夠預見的科學技術,還勾勒出人類對火星的各式幻想,不斷加深人們的好奇和嚮往。

從20世紀60年代人類首次開展火星探測開始,截至今年6月底,人類已進行40多次火星探測活動。此時此刻,「天問一號」正在浩瀚太空中進行著孤獨卻萬眾矚目的徵程。

從地球到火星,是一場多麼漫長的旅行,正是這樣一次次漫長的對未知的探索之旅,推動了人類社會的發展進程。我們的徵途是星辰大海。誰知道,500年後,火星會不會成為另一個地球?

2015年6月8日,美國NASA公布了火星偵察軌道器上的相機拍到的一張火星隕石坑的圖片。圖片中的這個隕石坑,就地質學角度來說,還是一個「新鮮出爐」的隕石坑。這個隕石坑寬1公裡,擁有相對鋒利的邊緣和保存良好的排出物。內部斜坡也十分陡峭,溝壑遍布。

目前,「天問一號」探測器已脫離地球引力影響範圍,進入行星際轉移軌道,飛離地球超過150萬公裡。與此同時,中國第一輛火星車全球徵名活動正在火熱展開,成龍、郎朗等名人及眾多網友已經提交了大量備選命名,如「焱」「朱雀」「悟空」等。

對話李淼

李淼

國家基金委傑出青年基金獲得者、中國科學院「百人計劃」入選者、新世紀百千萬人工程入選者。研究量子場論、超弦理論以及宇宙學。在超弦理論中的研究有一定的國際影響,特別是在兩維劉維爾理論、D膜以及黑洞的量子物理等方面。最近致力於研究超弦中的黑洞物理、超弦宇宙學以及暗能量。著有《超弦史話》《<三體>中的物理學》《給孩子講量子力學》等。

Q 您是在哪觀看「天問一號」發射的視頻的?當時感受如何?

A 其實我是躺在家裡床上看的視頻。(笑)當時的感受是五味雜陳吧。就在十年前,還有許多人甚至包括知識分子說我們的政府搞航天是浪費納稅人的錢、搞面子工程、形象工程,但是十年以後,我想大部分人都看到了,中國航天工程推動的不光是形象,更是我們科技的發展,並且未來,它會為我們帶來巨大的商業收入。

Q 這次火星探測的重點是什麼?

A 這次火星探測的重點是「落」。類似我們嫦娥一、二、三、四號的過程,那會兒嫦娥一號只能繞一下,嫦娥二號就實現了硬著陸,嫦娥三號完成了「繞」的任務後飛走,嫦娥四號則是在月球背面軟著陸。這次也是重複這個過程,只是火星探測時間更長,需要走半年,我們需要到時候看落的情況。

Q 我們希望「天問一號」提供哪些信息呢?

A 要先是看火星表面的地理環境,它的土壤特性、表面形貌、物質成分,還有對火星水冰、大氣、電離層、磁場等的科學探測,所有這些信息都值得期待!因為我個人是研究物理學的,我當然更期待看到這方面的新信息。

Q 我們為什麼要探索火星?火星探測在我國目前的航天事業布局中有著怎樣的地位和意義?

A 月球、火星,美國人都去過,但他國分享給你的信息一定是有限的,因為大家現在已經開始爭奪資源,所以中國必須去看、去探索。地位的話,我想應該是跟載人探月及發射太空站是同等重要的。

Q 如果中國火星探測成功,對我們有什麼意義?

A 我們國家將從航天大國升級為航天強國,因為之前只有美國火星探測成功過。

Q 7月24日,國家航天局探月與航天工程中心宣布,我國第一輛火星車正式啟動全球徵名,您會叫它什麼呢?

A 其實我很想用現成的名字,就是「螢火」,我們以前發射過的中國火星探測計劃中的第一顆火星探測器就叫「螢火一號」,我很想給它起成「螢火二號」。

Q 您覺得若干年之後,我們會不會拋棄地球,移民火星?

A 不會拋掉地球的,地球還是我們家園,還要用,就像我們人類是從非洲走出來的,但還是有一部分人類留在了那裡,所以地球不會被拋棄,因為地球畢竟是一個非常難得的星球。

Q 那麼您覺得,多少年以後人類會「登陸」火星?

A 「近未來」,也就是30年後的火星,可能就會像《火星救援》裡演的那樣,而「遠未來」,也就是500年以後可能那裡會是下一個地球——當然是小地球。這一切又都無法預測,就像賈伯斯發明iPhone的前一年都無法預測它的最終樣子一樣。

關於天問一號

你應該知道的這些

「天問一號」包括什麼?

「天問一號」火星探測任務是個大家族,包括:環繞器、進入艙(著陸架)和火星車三件套。其中環繞器帶著著陸巡視組合體抵達火星附近,進入艙帶著火星車進入大氣層,火星車在火星表面巡視探測。不過,環繞器對火星車的意義不止於「帶一程」,它還會持續為火星車提供通訊中繼。

從地球到火星能否最短最快抵達?

每26 個月,地球上會有一小段時期特別適合發探測器去火星,事實上,人類60年火星探測史上,絕大多數探測器都是在這樣的「火星發射窗口」出發的。最近的這個火星發射窗口就是今年七八月,不只是我國的「天問一號」,NASA 的毅力號火星車、阿聯的希望號都選在這個窗口發射。

很多人直覺上會以為,這樣的「時機」特殊之處在於能讓探測器最快抵達火星,或者說用最短的時間、以最近的路程抵達火星。但恰恰相反,火星探測器優先選擇的是一條更加漫長和遙遠的旅途(也就是「地火轉移軌道」)。因為對大多數不載人的探測器來說,路上多花點時間根本不是事兒,但燃料卻是「無價之寶」,在火箭運力一定的情況下,探測器需要消耗的燃料越少,就越能多帶點其他有用的東西,比如帶更多科學儀器,進而有更多科學產出。

在火星發射窗口出發,從地火轉移軌道飛向火星,這是掌握物理規律的地球人總結出的儘可能節省燃料的一條路線,代價則是需要花費很長的時間,飛很長的路途。按目前公布的信息來看,「天問一號」的地火轉移之旅需要在路上花費約6個半月,於2021年2月抵達火星附近。

在哪裡著陸?

「天問一號」最初選了2個備選著陸區,分別是1區(克律塞平原)和2區(烏託邦平原)。根據「天問一號」項目組最近在《自然·天文》上發表的任務介紹,目前進一步擬定的著陸區是2區(烏託邦平原)——和NASA的洞察號、毅力號任務相對比較近。不過,具體的著陸區還要等到環繞器實際打探過一番才會最終確定。

「天問一號」要探測什麼?

環繞器攜帶7種科學儀器,火星車攜帶6種科學儀器。注意,這裡說的都是「科學」儀器,事實上探測器還會攜帶諸多工程儀器,例如避障相機、監視相機、慣導裝置等等。火星車計劃開展約90個火星日的巡視探測,而環繞器則計劃開展約1個火星年(約2個地球年)的環火星科學探測。

文 韓哈哈 康犖

編輯韓哈哈

攝影 解飛

圖片編輯 劉藝琳

資料圖片 視覺中國

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