2020年7月23日下午,肩負著為中國火星探測工程「天問計劃」發射第一組探測設備的中國重器「長徵五號遙四運載火箭」成功發射,舉國歡慶。
七個月後,「天問一號」探測器就將抵達火星,擇機著陸、巡視,為中國航天事業再續新的光輝。
也是在這一年,美國和阿聯也先後表達了探索火星的意願。
人類走向星辰大海的腳步越來越快,但為什麼大家都把火星當成了如此重要的一站呢?
為什麼是火星?
在太陽系大家庭中,火星最突出的特點,要數它的外觀。由於表面上布滿了氧化鐵,這讓火星看上去是鮮亮的橘紅色,比其他行星都具有更強烈的視覺衝擊力。對於古代的天文學家和佔星家來說,火星這顆行星幾乎是沒有辦法忽略的,因此古人也很喜歡給這樣一顆特別的行星冠以有趣的名字。
火星的真實色彩影像,2007年2月由羅塞塔號拍攝(圖片:Wikipedia)
在西方文化中,火星被成為馬爾斯,這是古羅馬神話中戰神的名字,它的前身則是希臘神話中的戰神阿瑞斯。戰神保佑戰士,而屬於戰士們的顏色,是鋼鐵的黑與鮮血的紅,將火星比作戰神看上去是再合適不過。
人類獲得的第一張火星表面彩照(美國維京一號探測器 1976-07-21)(圖片來自Wikipedia@NASA/JPL)
在中國傳統天文中,火星則被成為「熒惑」,其中的「熒」字形容的就是火星如火的外觀,簡稱就是「火」。這也是當代天文中它被成為「火星」的原因。至於「惑」字,則和火星令人捉摸不定的走向有關係。
由於火星的自轉軸傾角、自轉周期都和地球相當,公轉周期卻是地球的兩倍,在相同中又蘊藏著劇烈的變化,因此從地球的角度觀察,火星的運動軌跡十分詭異,亮度也是時明時暗,常常讓古代的觀星家感到迷惑。這一點,在中外天文典籍中都有所體現。
在只能藉助肉眼觀測的古代,火星的行蹤可以說是很神秘了(藍色的點為地球,粉色軌道為火星對地球的相對位置)(圖片來自Wikipedia@Phoenix7777)
種種特質,讓火星成為了自古以來天文觀察中都不可或缺的對象,與金星一起佔據了行星類觀察的C位。
然而促使人類前赴後繼地登陸火星的原因,則不是因為火星奇妙的外觀,而是因為它的另一些獨特的性質。
火星是太陽系中的第四顆行星,比地球離太陽稍遠,因此比起水星和金星,火星因為太陽照射而產生的溫度變化相對可接受。這無論是對於無人探測器還是未來的人類登陸火星來說,都是一個好消息。
火星南極的冰蓋約8米厚,是冬季時凝華而成,但即使是夏季,南極的乾冰也並不會完全升華消失(2000年-南極仲夏的冰蓋)(圖片:Wikipedia / NASA)
同時,由於構成火星的基本物質是矽酸鹽巖石,成分上和地球很相近,甚至被推測有過和地球一樣的地質板塊運動,因此可以成為宇宙地質考察的重點對象。目前科學家們已經發現了火星上的四個地質年代,還發現了火星北半球和南半球在形成年代與地質結構方面的巨大差異,是一個令人饒有興趣的課題。
火星上一處疑似冰河的地形(圖片:Wikipedia / NASA)
關於火星上水冰,甚至液態水、微生物的發現與猜測,更是刺激著人們對地外生命的探索。我們在宇宙中是不是孑然一身的獨特存在?或許火星能給出一個參考答案。
有人猜測這張照片裡的是蠕蟲化石,但也可能是地質構造而已(2018-火星-大風火山口)(圖片:Wikipedia / NASA)
當然,最重要的原因,恐怕是因為火星與地球之間的距離。人類對宇宙深空的認知,就像是孩子的蹣跚學步,總要一步一個腳印地向遠處走。當人類的足跡踏上了月球,那下一個目標就得是距離自己最近的行星,只有當我們徵服了火星,才能奢談向太陽系外進軍。
前赴後繼地奔向火星
人類對火星的探索幾乎是和奔向宇宙同時就出現了。1960年代,當美蘇兩國的火箭技術第一次能讓太空飛行器擺脫地球引力的時候,第一批火星探測器就已經奔向了火星。
為了在太空競賽中獲得儘可能大的優勢,蘇聯率先出手,在1960年和1962年分別向火星發射了5顆探測器。這些探測器的任務並不複雜,無非是在火星軌道上搜集數據,但遺憾的是,它們沒有一個能完成任務,甚至連到達火星周邊的都沒有。
蘇聯的火星計劃最接近成功的一次是火星1號,可惜探測器在進入深空一年半後,由於導航設備故障失聯了(圖片來自Wikipedia@NASA)
眼見蘇聯的敗績,美國一度認為自己掌握了後發優勢,從1964年開始不斷向火星發起衝擊,然而第一次嘗試也以失敗告終。無數的失敗背後,是巨量的人力物力成本,種種嘗試也讓人們感到有些灰心喪氣。
美國的初次嘗試——水手3號,因為電池板無法展開而錯過了寶貴的觀測時機,變成了一塊太空垃圾(圖片來自Wikipedia@NASA)
直到美國的第二次嘗試、全人類的第7次嘗試,水手4號才向地球發來了第一批來自火星的遙感信號。人類這時才第一次得以近距離觀察火星上的實際情況,真正進入了火星時代。
水手4號有史以來第一枚掠過火星,並發回探測數據的探測器,(圖為由水手4號所拍攝的法厄同區的水手坑)(圖片來自Wikipedia@NASA )
但此後的火星探險仍然是流年不利,失敗的嘗試多,成功的嘗試少。直到今天,人類的火星探測計劃總成功率還是徘徊在一半左右。美國科學家們甚至編了一個科學笑話,說地—火之間怕不是有一隻「深空食屍鬼」,專門吞噬人類向火星發出的探測器?
讓人類感到壓力的成功率……
從科學上來說,這隻「深空食屍鬼」倒是確實存在的。只不過它代表的不是一隻真的有吞食天地能力的怪獸,而是地—火深空探索中的種種難點。
火星不同於月球,與地球之間的距離太遠,地球上的電磁信號抵達火星需要幾十分鐘,換言之地面指揮中心完全無法在瞬息萬變的降落階段為探測器提供實質性的指揮幫助,它想平安著陸只能靠自己。而當時的計算機和人工智慧水平根本無法支撐這麼複雜的工作。
火星奧德賽號 2001.10.24至2002.10.24日圍繞火星的軌跡,過程中但凡出一點差錯,就前功盡棄了(圖片來自Wikipedia@Phoenix7777)
此外遙遠的距離也意味著地球和火星之間受到的太陽影響無遮無攔,無論是探測器的物理裝置還是電磁信號,都容易受到宇宙物質和輻射的幹擾。這也是為什麼很多探測器即使抵達了指定位置也沒辦法傳回有效的信號。
時過境遷,隨著人類航天技術的不斷提高,火星探測的成功率也越來越高,能參與其中的玩家也越來越多了。在蘇聯解體之後,如今有能力、有意願探索火星的國家包括了中美日歐印甚至阿聯。
美國的旅居者探測器,正在對火星上的巖石進行X射線光譜儀測量(圖片:Wikipedia / NASA)
而中國在其中的表現則是尤其值得一提的。
作為這場競逐的後來者,中國航天事業的起步很晚,起點也不高,還曾有過與俄羅斯合作的「螢火一號」的失敗經歷。但對於中國航天人來說,所有殺不死他們的挫折,都只會讓他們變得更強。在吸收前人經驗、總結自身教訓的基礎上,「天問一號」成為了中國航天最新的希望。
2020年4月24日是中國第五個航天日,中國的火星探測計劃也在這天被公開(圖片來自微博@央視新聞)
「天問一號」的特別之處在於,它沒有按照常規的探火路徑,而是一步到位地力求實現繞、落、巡三個步驟,是各國火星探索計劃中一次性進展最快的一個。
中國航天人已經實現了月球背面登陸,探索火星還會遠嗎?
天問的中國夢
中國的火星計劃叫天問,來自屈原的名作。在新華社的報導中,也引用了這首楚辭長詩中的句子:「圜則九重,孰營度之?」
是啊,九重高天裡充滿了秘密,應該由誰來度量探測呢?
中國航天人用實際行動,回答了兩千多年前這位先賢提出的靈魂拷問。
而通過這個名字,「天問」兩個字也已經成為了一代代中國航天人中國夢的具象化表現,和「嫦娥」、「長徵」、「悟空」這些充滿浪漫氣息的名字一樣,被永遠銘刻在航天史冊上。
這種共情,或許不需要真的參與航天開發。當長徵五號搭載著「天問一號」升入天空時,中國人一定都會有一種圓夢的暢快感。因為「天問」所代表的中國夢,是所有中國人所共享的。
航天事業需要國人的支持、祝福和參與,越多的普通人與天問中蘊含的中國夢產生連結,中國的航天事業才能發展得越快、越好。
真誠祝福天問一號能在七個月後順利登陸火星,匯聚著國人的熱情,與這個我們熟悉又陌生的世界問好。