2013中國有望飛往火星_中國規(guī)劃網(wǎng)——全球?qū)I(yè)性中文規(guī)劃門戶

火星

地球（左)與火星的體積

圖為未來的火星聚居區(qū)想象圖

圖為美國“勇氣號”火星車登陸火星后拍攝的地表全景圖。

    □歐陽自遠(yuǎn)

    我國已具備自主火星探測能力，有望在2013年實(shí)現(xiàn)首次自主火星探測器發(fā)射。這是10月21日在京舉行的空間技術(shù)論壇上傳出的信息。當(dāng)日，以火星探測為主題的空間技術(shù)論壇在中國空間技術(shù)研究院舉行，我國航天領(lǐng)域的主要專家聚集一堂，共同商討我國自主火星探測問題。為使讀者更多了解我國2013年實(shí)施火星探測的目標(biāo)和任務(wù)，我們特刊發(fā)與會專家的報(bào)告摘要并約請會上作專題報(bào)告的歐陽自遠(yuǎn)院士結(jié)合其報(bào)告為本報(bào)科技文摘專欄撰文，敬請讀者關(guān)注。  ——編者

    中國計(jì)劃，肩負(fù)三大遠(yuǎn)期任務(wù)  追尋生命蹤跡

    探尋火星過去是否存在過生命；火星生命生存的環(huán)境——火星水體的活動(dòng)與演化，為生命起源和探尋地外生命提供新的科學(xué)依據(jù)。

    1、探測現(xiàn)在火星生命活動(dòng)的信息。

    1877年意大利米蘭天文臺臺長亞帕雷利斯基用天文望遠(yuǎn)鏡觀測火星，發(fā)表了火星地圖。但是很遺憾，由于望遠(yuǎn)鏡本身視覺上產(chǎn)生的誤差，他把很多點(diǎn)都連起來了，所以連成一條一條直線，這是很有名的一個(gè)科學(xué)觀測的火星圖，但卻得出了錯(cuò)誤的結(jié)論，認(rèn)為火星上有很多運(yùn)河，因此猜測一定有火星人存在。這樣導(dǎo)致了上世紀(jì)初大量的科幻小說，地球人大戰(zhàn)火星人等等。

    1975年美國發(fā)射的海盜1號和海盜2號火星著陸器以及2007年發(fā)射的鳳凰號火星著陸器，通過大量的科學(xué)探測與科學(xué)實(shí)驗(yàn)，證明火星現(xiàn)在沒有任何生命活動(dòng)的跡象。

    2、探尋火星是否曾存在過生命。

    既然火星現(xiàn)在沒有任何生命活動(dòng)的跡象，火星探測的主要任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)樘綔y它是否曾經(jīng)存在過生命？哪怕是最低等、最原始的生命。

    在人類找到的20多塊火星隕石中，1984年在南極找到的ALH84001火星隕石的切片中，在電子顯微鏡下觀察到許多類似細(xì)菌的“化石”，科學(xué)家們還在爭論，這些“細(xì)菌化石”也許是非生物過程形成，也許是生命物質(zhì)的化石。假若是生物成因，表明36億年前火星可能產(chǎn)生過最低等的生命，而當(dāng)時(shí)地球上發(fā)育的生命也是同等水平的細(xì)菌。也許火星早期的生命被夭折，而地球的生命得以繁衍，至今仍然沒有結(jié)論。

    3、火星生命生存環(huán)境的探測。

    火星生命的探測重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到探測火星生命生存的環(huán)境——火星水體的活動(dòng)與演化。生命是指具有遺傳復(fù)制自己的能力，具有新陳代謝功能。實(shí)際上，學(xué)術(shù)界對“生命”的理解也有不同。

    一種觀點(diǎn)認(rèn)為，生命的概念和有無生命的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以地球上的生命概念為標(biāo)準(zhǔn)，所有生物都是由碳?xì)浠衔飿?gòu)成，以蛋白質(zhì)的形式存在，以核酸作為遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)（對地外生命的探索中，大多數(shù)是以此為依據(jù))。

    另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，生命組成成分不一定就是我們地球生物的模式，地外的生命可能存在另外的以硅或鍺替代碳，溶劑不是水而是乙二醇等構(gòu)成的生命形態(tài)。目前，學(xué)術(shù)界仍然以地球生命的模式來探測地外的生命物質(zhì)。

    現(xiàn)在我們知道，火星有一個(gè)大氣層，主要以二氧化碳為主，還有極少量氮?dú)狻⑾∮袣怏w和水蒸氣，但是大氣層很稀薄，相當(dāng)于地面35-40公里高度的大氣的稀薄程度。因?yàn)榭諝庀”。諝獾倪\(yùn)動(dòng)速度快，所以經(jīng)常發(fā)生臺風(fēng)，發(fā)生全球性的沙塵暴。

    火星的表面平均溫度很低，年平均溫度是零下30攝氏度左右。火星的地形現(xiàn)在也很清楚，北半球是一個(gè)低洼的，像一個(gè)極大的海洋盆地（但是沒有水），南半球有很多高山和巨大的峽谷。火星歷史上有大面積的火山噴發(fā)，奧林匹克火山高25千米，是太陽系最高的山峰。火星表面布滿了由小天體撞擊火星表面形成的撞擊坑。

    在火星的照片里都可以看出來，火星確實(shí)有過水的活動(dòng)，火星探測器傳回的火星表面照片顯示出非常清晰的河道、支流、干流和湖泊，表明火星上確實(shí)有過水體的活動(dòng)。火星的極地有冰蓋，冰蓋的面積冬季增大，夏季縮小，冰蓋主要是干冰，也有少量的水冰。另外火星表面的水蒸氣也非常稀少。

    以往的火星探測活動(dòng)一直把評估火星過去存在過生命的環(huán)境研究作為焦點(diǎn)，研究者從綜合分析火星表面水的活動(dòng)特征；探測火星次表層是否存在水體；火星地質(zhì)歷史時(shí)期水的演化模型以及火星上是否存在可支撐生物演化的潛在能源研究等個(gè)角度開展了火星古海洋與古水系的研究，恢復(fù)火星的古地理和古環(huán)境，研究火星水體的演化特征，探測地下水的埋藏位置、深度與分布等多方位的研究。2005年8月12日，美國宇航局發(fā)射了火星勘測軌道飛行器（MarsReconnaissance Orbiter）用于探測火星表面以下的巖石、冰以及液態(tài)水的分層情況。歐洲用雷達(dá)對當(dāng)今火星水體的埋藏部位和水體的演化等做了觀測。

    迄今的研究大致可提供以下認(rèn)識：1，火星表面現(xiàn)今沒有水體的正常活動(dòng)；2，火星表面過去曾經(jīng)有過明顯的水體活動(dòng)；3，現(xiàn)今火星的水體可能埋藏在地下；4，火星表面分布有大面積的蒸發(fā)鹽類礦物；5，沉積巖是唯一可能含有化石的巖石，尋找沉積巖將是探測火星過去存在過生命的關(guān)鍵。

    研究太陽系起源

    探測與研究火星的演化以及與類地行星的比較研究，為太陽系的起源與演化研究提供新的科學(xué)論據(jù)。目前考慮有以下五方面的內(nèi)容：

    1、火星空間環(huán)境、磁層與電離層的結(jié)構(gòu)與特征以及與水星、金星和地球的比較研究。

    2、火星大氣層的成分、密度、結(jié)構(gòu)與成因以及與類地行星的比較研究。

    類地行星的大氣層是次生大氣層。類地行星的質(zhì)量及與太陽的距離制約了行星大氣層的密度與溫度。類地行星的大氣組成還會受到行星的整體化學(xué)成分和行星熱演化的程度——成熟度的影響。地球的大氣層與水體具有協(xié)調(diào)發(fā)展的特征，而金星、水星與火星的大氣層由于行星缺乏水體，具有非協(xié)調(diào)發(fā)展的特征。

    3、火星的地形與地質(zhì)構(gòu)造特征與類地行星的比較研究。

    類地行星的地形特征是行星演化歷程中內(nèi)力和外力作用的綜合結(jié)果。地球與金星仍然有持續(xù)的內(nèi)力作用，不斷改變行星的地形格局與特征；火星、水星和月球幾乎沒有內(nèi)力地質(zhì)作用，一般保持古老的地形格局與特征。外力作用中，月球與水星僅有太陽輻射與小天體撞擊作用，火星與金星存在太陽輻射、小天體撞擊和風(fēng)的外力作用；地球具備太陽、風(fēng)、水體和小天體撞擊復(fù)合的外力作用；形成了類地行星的各類地形格局和特征。

    4、火星的化學(xué)組成、化學(xué)演化與地球、月球的比較研究。

    月球只有超基性和基性的巖漿巖和玄武巖；火星上分布有超基性、基性和中性巖，廣泛分布玄武巖和安山巖；地球分布有超基性、基性、中性、酸性和堿性巖及其噴發(fā)火山巖。這些成果反映了行星演化的成熟度，也表明月球早期內(nèi)部已經(jīng)冷卻，是一個(gè)僵死的天體，火星屬于老年型行星，地球是一個(gè)壯年期行星。

    5、火星的內(nèi)部物理場與結(jié)構(gòu)的比較研究。

    火星與地球一樣具有圈層結(jié)構(gòu)，分為殼、幔和核。火星曾經(jīng)有過一個(gè)統(tǒng)一的偶極磁場，現(xiàn)演化為多極子磁場；火星早期內(nèi)部有足夠的熱能，地質(zhì)構(gòu)造-巖漿-火山作用活躍，但缺乏酸性巖；火星已經(jīng)演化成為老年期的行星。火星的探測為類地行星的演化歷史的比較研究提供了重要基礎(chǔ)，是研究太陽系起源與演化的關(guān)鍵領(lǐng)域。

    要強(qiáng)調(diào)的是，這方面要產(chǎn)出一些有價(jià)值的結(jié)論，需要持續(xù)的探測積累，并在此基礎(chǔ)上開展長期的比較研究。

    探索移民可能性

    探討火星的長期改造與今后大量移民建立人類第二個(gè)棲息地的前景——再造一個(gè)地球。

    人類有望于在未來幾個(gè)世紀(jì)中將火星改造成一個(gè)適宜人類生存與發(fā)展的綠色星球。

    為什么要選擇火星呢？這是因?yàn)榛鹦鞘堑厍虻?ldquo;孿生姐妹”，兩者之間有許多相似之處。例如，地球上的一天是23小時(shí)56分，火星是24小時(shí)37分，兩者有幾乎相同的晝夜；地球的軌道面和赤道面的夾角是23度27分，火星是25度11分，它們有幾乎相同的季節(jié)變化。這些相似性都表明，火星與地球最相像，是外星球移民最好的候選行星。

    改造火星的主要科學(xué)技術(shù)問題：1，首先要提高火星表面溫度；2，增加大氣濃度，改變大氣組份；3，建立火星表面生態(tài)環(huán)境；4，建立火星農(nóng)牧業(yè)，解決糧食自給；5，建設(shè)能源和原材料工業(yè)設(shè)施；6，建設(shè)人類生活基礎(chǔ)設(shè)施；7，實(shí)施火星旅游或火星移民。

    通過幾個(gè)世紀(jì)的努力，人類有望將這顆貧瘠的行星改造成一個(gè)擁有蔚藍(lán)色天空、綠色平原、藍(lán)色湖泊和生態(tài)環(huán)境友好的新世界，地球-火星將成為人類社會持續(xù)發(fā)展的姐妹共同體。

    火星探測簡史

    1962年前蘇聯(lián)“火星1號”探測火星，在飛離地球1億公里時(shí)與地面失去聯(lián)系。它被看作是人類火星探測的開端。

    1965年美“水手4號”探測器飛越火星，從距離火星1萬公里處拍攝了21幅照片。

    1971年前蘇聯(lián)“火星2號”在火星著陸。

    1972年美“水手9號”沿火星軌道飛行，進(jìn)行長期考察，成為火星的第一顆人造衛(wèi)星。

    1974年前蘇聯(lián)“火星6號”和“火星7號”探測器在火星著陸，探測結(jié)果沒有公布。

    1976年“海盜1號”和“海盜2號”在火星著陸。

    1989年“福布斯1號”和2號飛往火星途中失蹤。

    1993年“火星觀察者”抵達(dá)火星軌道前失蹤。

    1996年俄“火星-96”發(fā)射失敗。

    1997年“火星環(huán)球勘探者”進(jìn)入火星軌道。

    1997年美“火星探路者”在火星著陸。

    1998年美國發(fā)射火星氣候探測器。

    1998年日本發(fā)射“希望號”火星探測器，但失敗。

    1999年美發(fā)射“火星極地著陸者”探測器。

    2001年美國發(fā)射“奧德賽號”火星探測器，發(fā)現(xiàn)火星表面可能有豐富的冰凍水。

    2003年歐洲發(fā)射“火星快車”。

    2003年攜帶“勇氣號”火星車的美國“火星探測流浪者”號探測器升空。次年1月，“勇氣號”在火星表面成功著陸。

    2008年美國“鳳凰”號探測器成功登陸火星。

    太陽系的訪客們

    人類的太陽系探測共進(jìn)行過251次，以月球和火星探測最多。

    月球：共113次（飛越，環(huán)繞，硬、軟著陸，無人取樣返回，載人登月。382千克月球樣品）

    火星：共42次（飛越，環(huán)繞，軟著陸，火星車、現(xiàn)場分析樣品）

    金星：共40次（飛越，環(huán)繞、軟著陸、現(xiàn)場分析）

    太陽：共15次（飛越，環(huán)繞）

    太陽風(fēng)：共6次（飛越，環(huán)繞）

    木星與土星：共11次（飛越，環(huán)繞）

    水星：共2次（飛越，環(huán)繞）

    天王星與海王星：1次（飛越）全太陽系（空間望遠(yuǎn)鏡）：共4次

    彗星：共9次（飛越，環(huán)繞，取樣返回）

    火衛(wèi)-1：共2次小行星：共4次

    土衛(wèi)-6：1次（飛越，環(huán)繞，軟著陸）

    冥王星：1次

    我國深空探測戰(zhàn)略建議

    深空探測是人類探索宇宙的一個(gè)永恒的主題，它有廣闊無限的發(fā)展前景。它是在衛(wèi)星應(yīng)用和載人航天取得重大成就的基礎(chǔ)上，向更廣闊的太陽系空間進(jìn)行的探索。深空探測的目標(biāo)仍然是為了人類社會的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)的，深空探測已經(jīng)成為21世紀(jì)科技發(fā)展競爭的主要焦點(diǎn)之一，也是航天科技持續(xù)發(fā)展的必由之路。

    各國紛紛亮出太陽系計(jì)劃

    當(dāng)前人類主要探測的對象是自己的太陽系，重點(diǎn)是對月球和火星的探測。載人登月和建設(shè)月球基地都是各國月球探測活動(dòng)的最終目標(biāo)。而火星是最有可能有生命活動(dòng)的天體，也許在200年或300年之后，火星是地球大量移民的一個(gè)主要對象。在21世紀(jì)上半葉，人類的火星探測將實(shí)現(xiàn)載人登上火星，建立火星基地。

    進(jìn)入21世紀(jì)前后，全球范圍內(nèi)興起了新一輪探月高潮，世界各國紛紛提出規(guī)模龐大的月球和火星探測計(jì)劃，其中有美國、歐空局、俄羅斯、中國、日本、德國、英國、法國、烏克蘭、奧地利、巴西、印度、韓國等。

    2005年，美國宣布將人類的足跡擴(kuò)展到整個(gè)太陽系的新太空計(jì)劃。2010年美國宣布取消載人登月的“星座計(jì)劃”，將實(shí)現(xiàn)載人繞火星飛行和載人登陸火星與小行星。

    在已公布的歐洲空間局月球探測計(jì)劃中，2020年前將進(jìn)行不載人月球探測，2020-2025年開始載人登月，2030-2035年從月球載人登上火星。俄羅斯提出了建立月球基地、開發(fā)利用氦-3資源以及火星探測等計(jì)劃。

    應(yīng)協(xié)調(diào)“月”“火”任務(wù)

    月球和火星探測是當(dāng)代深空探測（太陽系探測）的重點(diǎn)領(lǐng)域。中國首次月球探測工程的圓滿成功，標(biāo)志著我國已經(jīng)進(jìn)入世界具有深空探測能力的國家行列，必將加速我國月球與深空探測規(guī)劃的實(shí)施進(jìn)程。

    我國深空探測的戰(zhàn)略方向與發(fā)展規(guī)劃必須與嫦娥一、二、三期工程有機(jī)結(jié)合，相互促進(jìn)，協(xié)調(diào)發(fā)展，形成我國統(tǒng)一的深空探測國家戰(zhàn)略與發(fā)展計(jì)劃。

    我國實(shí)現(xiàn)繞月探測之后，有能力力爭開展首次繞火星探測（2013年）；相繼開展金星及小行星探測；在實(shí)現(xiàn)月面軟著陸與月球車巡視探測（2012年）的基礎(chǔ)上，適時(shí)開展首次火星軟著陸與火星車巡視探測（2017年）；在實(shí)現(xiàn)月球自動(dòng)采樣返回（2017年）的基礎(chǔ)上，發(fā)射火星軟著陸器探測與自動(dòng)采樣返回（2020年）。積極開展國際合作，使我國的火星探測融入國際主潮流。

    加快行星科學(xué)人才培養(yǎng)

    新一輪探月潮、火星探測潮撲面而來的新形勢，對空間探測人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，需要更多的具備行星學(xué)科背景而不是單一地球科學(xué)知識的人才參與學(xué)科交叉和雜交合作，以提高我國月球和行星探測的科學(xué)水平和創(chuàng)新能力。

    目前我國高校對行星科學(xué)人才的培養(yǎng)，近于空白。國內(nèi)高校的地質(zhì)學(xué)院和地質(zhì)系，老師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)基本局限于地球，很少聯(lián)系到太陽系的其他行星。孤立地研究地球，而不去“串”地球兄弟姐妹的“門”，不去認(rèn)識火星、金星等太陽系其他行星，很難真正了解地球的起源和演化。要系統(tǒng)研究地球與太陽系各個(gè)行星的共性與各自的特性，認(rèn)識太陽系行星的先天遺傳和行星各自的后天發(fā)展，才能整體性、綜合性認(rèn)識地球的起源和演化。

    “地球和行星科學(xué)”、“比較行星學(xué)”這些早已遍布西方發(fā)達(dá)國家高校的專業(yè)，在國內(nèi)高校卻難覓蹤跡。美國已有上百所大學(xué)開設(shè)了類似“地球與行星科學(xué)”專業(yè)，這就意味著國外高校的視野早已經(jīng)從地球擴(kuò)展到了整個(gè)太陽系。我國亟待拓寬視野，加快行星科學(xué)人才培養(yǎng)步伐。

    我首次火星探測的科學(xué)目標(biāo)

    1、火星表面地形地貌及其變化

    ①對火星表面進(jìn)行成像，繪制火星全球遙感影像圖，分辨率10米左右；

    ②對火星表面進(jìn)行地形測繪，繪制火星全球地形圖和地理地圖，分辨率為千米量級；

    ③對重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行詳細(xì)探測，探明主要的地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌特征，為未來著陸器或載人登火星的登陸地點(diǎn)的論證和研究提供基礎(chǔ)資料；

    ④研究火星表面的動(dòng)態(tài)變化及其主要地質(zhì)營力；

    ⑤開展火星地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌特征的研究，包括火星全球地貌類型、流水地貌的識別和特征、火山地貌和撞擊坑地貌、風(fēng)蝕地貌及其變化特征、極地冰川地貌等，火星全球地質(zhì)構(gòu)造單元的劃分和研究，特征地質(zhì)單元的識別和研究等等。

    2、火星表面礦物巖石分布調(diào)查和資源分析

    ①火星全球礦物成分的大尺度分布調(diào)查；

    ②火星全球巖石（玄武巖、安山巖）的分布—花崗巖的發(fā)現(xiàn)；

    ③圈出火星表面沉積巖分布區(qū)；

    ④火星表面礦物資源的鑒別和富集區(qū)初步研究。

    3、火星表面水體、水冰和大氣中水分子的探測與研究

    ①獲得火星大氣中水分子分布特征及其隨時(shí)間和空間的變化；

    ②對火星可能存在水的地區(qū)、沉積地層和流水地貌進(jìn)行高分辨成像，分析研究火星表面曾經(jīng)有過水體活動(dòng)的證據(jù)。

    4、火星物理和大氣層探測

    ①探測火星大氣和成分。包括火星大氣層結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和水/冰的含量，動(dòng)態(tài)監(jiān)視火星塵暴、天氣系統(tǒng)、云、塵霧、臭氧層、水和塵埃的分布和運(yùn)移特征；

    ②測量火星不同高度大氣和火星表面溫度；

    ③探測火星磁場特征；

    ④探測火星重力場特征；

    ⑤探測和研究火星電離層。

　　(責(zé)任編輯：楊宇飛)