探索火星

探索火星生物 　　火星，也是一颗类似地球的行星，比地球小。它的半径是　0.53地球半径，质量是　0.11地球质量，密度为地球密度0.71倍。它绕太阳公转周期为687天，平均运行速度每秒24.11公里，离开我们约9000万公里，所以是地球的另一个近邻。火星和地球一样也自转，且速度和地球速度几乎相等，自转一周为24.16小时，因此火星上一天和地球上一天极相似。多少年来，火星一直是人类心目中最富传奇色彩的行星。在火星是否有过生命存在，是科学家们不断猜测和争论的问题。 　　火星上确实存在着大气，虽然和地球相比，它的大气层很稀薄。但那里的气候一度比较暖和，有过水及河流。俗话说，水就是生命，因此现在还很难说火星上没有生命。在火星表面那些具有足够热量的地方，生命有可能延续下来。总之，我们对火星了解很少，猜测、争论还缺乏有力证据。发射自动航天器对火星进行探测，揭开火星奥秘是解决人们对它争论的唯一办法。 　　美苏两国为探索火星，都作出了举世瞩目的努力。1971年5月30日，美国成功地发射了水手9号探测器，并在同年的11月13日成为美国第一颗人造火星卫星。水手9号探测器绕火星飞行时拍摄了7000张照片并作了大批光谱测量。这些照片证实火星表面呈现许多陨石坑，也发现若干火山。火山之一奥林勃斯山高为26000米，约为珠穆朗玛峰高度的3倍。科学家从这些高分辨率照片上还发现火星表面的一些地区，有一些类似四角金字塔的“建筑群”，在火星的南极地区专家们又发现几何构图十分方正的结构体，这不禁提出一个扣人心弦的问题：火星上是否有高级智慧生物生活过？有些研究火星照片的专家，提出这些构体系人工建造的大胆设想；另有一部分研究人员面对火星照片上这些令人难以置信的“建筑群”，作出了非人工建造的结论。他们认为这些构体都是自然形成的物体。科学家们对火星的奥秘，继续进行着猜测和争论。 　　1975年8月20日和9月9日，美国又先后发射了海盗1号和海盗2号自动探测飞船，并分别在1976年6月19日和8月7日进入了火星轨道。专门用于研究火星生命的这两个探测飞船的着陆舱则分别在同年7月20日和9月3日在火星表面实现了软着陆。着陆舱从火星表面向地球传送了它拍摄的火星图像；自动实验室化验了火星土壤。母船在火星轨道上对火星进行观测，绘制火星表面地形图。海盗 1号探测器也拍摄到了类似埃及金字塔的“废墟”。在“金字塔城”东侧9公里处竟还发现了形状类似于人类的石质结构体以及奇特的黑色圈形成体。 　　1971年5月19日，前苏联发射火星2号自动探测飞船，同年11月27日成为前苏联的第一颗人造火星卫星；紧接着，1971年 5月 28日前苏联又发射火星 3号探测飞船，其着陆舱从探测飞船本体分离后于12月2日在火星表面软着陆。其后，前苏联又多次发射火星探测器，其中火星5号、6号和7号进入火星轨道后，拍摄了大量照片，获取了火星大气资料。 　　美国的一大批科学家对水手9号、海盗1号和海盗2号等探测飞船拍摄的火星表面照片和收集的土壤化验数据进行多年研究后认为，在火星的两极有水，在其表面也有水；离表面0.8公里深处可能还有液态水。火星的水比人们曾估计的要多得多。探测到的信息还确定，在火星上发现了尘旋风，高达0.5～7英里，这说明太阳足以使火星大气变暖并显著地升温。 　　对于火星上是否存在过生命，海盗号探测飞船获得的信息使科学家得出了否定的结论，这未免使人有些失望。 　　前苏联的专家对美国科学家关于火星上没有生命存在的论点提出怀疑。第一，他们认为探测飞船着陆舱着陆点是两个偶然点，在它的表面很难发现什么。第二，探测方法本身不完善。举例说，利用单个仪器也不可能在地球南极就地发现生物活动。如果把标本取回放在温暖的地方，给微生物提供大量生长条件，可能会发现生物活动。现在知道，尽管地球南极的严酷气候条件十分接近火星，但那里仍然蕴藏着生命。所以前苏联专家认为目前还不能排除在火星上发现某种生命原始形态的可能性。 　　不论是美国还是俄罗斯科学家，下一步的目标是把火星标本带回地球，利用一切最完善的科学手段对它进行研究。海盗探测飞船所绘制的火星表面详图，将为今后发射载入火星飞船选择最好的着陆点。 　　未来的火星探测 　　1996年8月6日美国国家宇航局（NASA）宣布了一则消息：对一个名为ALH84001的陨石进行的研究表明，在火星上可能有生命的痕迹，这在全世界引起了很大的反响。科学界有两种不同的观点，对此争论不休。 　　在1996年中获得的这一研究成果在宣传界引起了轩然大波。科学界争论的双方唯一的共识是：需要更多的论据以支持各自的观点。十分幸运的是，NASA已开始着手安排火星的探测工作，在2005年前要发射一系列的火星探测器，以便从火星上取回样品。这些探测器代表着今后10年开发火星的最高水平。这项计划从1996年发射“火星全球勘测者”和“火星探路者”两个探测器开始，大约每隔26个月发射另外一个探测器。“火星全球勘测器者”的基本任务是取回本应由1993年发射的“火星观察者”带回的数据。“火星探路者”基本上是作一个工程实验飞行器，演示在低成本的登火星探测器上采用的技术。 　　1998年将发射“火星勘测器98环轨飞行器”，到那时NASA将从“火星观察者”发射失利的阴影中走出来，开创一个新的探索火星的局面。 　　在“火星勘测器98环轨飞行器”上装载的主要仪器是“压力调节红外辐射器”，“火星观察者”曾携带过这种仪器。这种仪器将把信号发向火星的地平面，从而形成一个火星大气层的横截面，可供测量火星水蒸汽的含量、灰尘质量和温度分布。这样提供出来的证据，可使人们更好地理解水在火星极冠和火星大气中是怎样循环的。该“轨道飞行器”上还装有先进的微型照像机，它既有可拍摄分辨率为1千～7千米火星天气图的广角镜头，又有最好的分辨率为40米的中角镜头，可供研究天气的变化及火星表面风的影响，照像机重1千克。“火星观察者”也曾携带一个照像机，但要笨重得多，重量为上述照像机的20多倍。“火星环轨飞行器”的重量只有450千克，大约是“火星全球勘测者”的一半，而后者又是“火星观察者”的一半。1998年12月将利用梅德—莱特火箭发射“轨道飞行器”，它将于1999年9月到达火星外层空间，在距火星350千米的极轨道上运行。 　　正像“火星勘测器98环轨飞行器”是在“火星全球勘测者”所取得的成绩上制成的一样，“火星勘测器98登陆者”将在“火星探路者”的基础上进行研制。 　　250千克的“登陆者”将是第一个直接访问一个火星极地的探测器，它将降落在火星的南极地区，这是一个清洁的冰层和充满灰尘的冰层不断交换的地区。像“98环轨飞行器”一样，“登陆者”也将携带重量很轻的照像机，下视图像器将提供一系列的图像，它从降落伞投放开始工作直到接触火星地面，这些广角的视图将给出范围广阔的火星表面的图像。由“98环轨飞行器”摄取远距离的图象，而由“登陆者”摄取的则是很近的图像，处在中间状态的图像也可由“登陆者”摄取。在登陆时采用空气壳或降落伞可以有效地减速。返回火箭推进器可以使“登陆者”用主动的方式接近火星的地面。“登陆者”的中心是一个被称为“气候探测器”的科学仪器集成部件，该部件由美国加州大学研制而成。它重17千克，包括一个2米长的机器人手臂和用以收集火星表面土壤中冰和固态二氧化碳，它还将装备有气象仪器和用以拍摄火星地面图片的立体摄像器。上述机械臂将搜寻火星表面，将样品送到热脱气分析仪以备以后的试验。“98登陆者”还将携带激光测距仪 （Lidar），该仪器由俄罗斯空间研究所（IKI）研制。该仪器重1千克，向火星大气中发射光脉冲，测量反射回来光通量，从而提供数据以说明空气中悬浮的灰尘微粒的浓度。在科学仪器部件周围是一对实验用穿透探头，它是NASA专门立项开发研制的，以期产生新的有突破性的技术成果。在进入火星“大气层”之前，探头将从“火星登陆者”上分离开来，落到火星表面上，这些探头进入地下几米深，去寻找地下水。微小的探头重量只有2.5千克，直径只有75毫米。像“环轨飞行器”一样，“98登陆者”将被梅德—莱特火箭发射。上述两种探测器都是由洛克希德·马丁公司制造的，耗资9000万美元。而研制一个“火星全球勘测者”则用去了1亿6千万美元。 　　除了1998年发射的“环轨飞行器”及1999年发射的“登陆者”之外，NASA还计划在2001年及2003年发射另外两个火星探测器，但目前仍有些问题尚待解决。利用2001年的发射机会，NASA准备与俄国合作实施“火星合作计划”。其有关事项已于1996年10月在北京召开的国际星际航行联合会 　　（IAF）代表大会上做了讨论。然而，从前美、俄的合作很浮浅，仅仅是互相交换一两件仪器罢了。但“火星合作计划”项目却是一个实在的合作。这个探测器将包含俄国的火星漫游器，以及下面的小密封舱。6个轮子的漫游器是俄国为自己的96／98火星工程设计的。当漫游器最终出现在火星上时，其运动是由分离开来的美国“环轨飞行器”来控制的。美国的“环轨飞行器”可能携带γ射线分光仪。科学家对这些仪器有很高的热情，因为利用它们可以在火星地面上找到水。这是一个关键的课题。 　　除了“火星合作计划”外，俄罗斯还提出了一个更小的探头的提案。这个探头可以探测火星的卫星火卫1和火卫2。俄罗斯的探头可以搭载在美国的火星探测器上。 　　目前NASA预计和欧洲航天局在2003年的发射窗口发射探测器，名为“因特马斯奈特” （intermasnet）。 2001年和2003年的发射还有很多待解决的问题。但是在1996年12月克林顿总统召集的国际宇航研讨会上已经勾画出了较为清晰的轮廓。 　　在2005年发射窗口来临之前，美国将研制出可靠性高，成本低的机械手火星探测器，它由轨道器、登陆器和漫游器组成，以便从火星表面上取回土壤和岩石的样品。继70年代“海盗”探测器后，NASA长期致力于这个目标。由于采用了更低成本的新技术，探测器的价格大幅度下降了。采集样品的探测器持单程票飞往火星，一旦到达火星，再产生返回地球的动力。 NASA的工程师们称其为“因西塔”（In—situ）能源设备（ISRU）。由于去火星的旅程不需要负担返回地球的燃料，因而在与地球分离点上，探测器将减少30％的重量。由于探测器被制作得很紧凑，可用价格低廉的火箭来发射。登陆器将在火星上停留19个多月，在此期间漫游器将在火星上漫步两到三个月，在离探测器几百米方圆的范围内收集用以返回地球的样品。在夜间能源设备将吸收二氧化碳，化学反应器将把它们转化为液氧，这些氧化剂以适当方式与存放在登陆器推进剂燃料箱内的燃料相混合，在离开火星地面前提供上升阶段的动力。 　　飞行结束后，不超过1.5千克～2.5千克的样品将被带回地球。经过严格挑选的样品可以极大地丰富我们对火星化学成份的认识。火星的地质进化可能回答ALH84001陨石提出的问题。该陨石在宇宙间遨游　1600万年，在进入大气层之时经受烫焦的高温，然后又在南极的冰水中冻了很多年。这些火星样品与陨石不同，从火星表面被采集来，原封不动地保存，因而可以提供可靠得多的信息。