看!火星

詹昊熹 高嘉鵬 章諭非 田哲毅

肉眼時代:從“血光之星”到“為天空立法”

很早以前,人類就注意到了火星?；蛘呖梢哉f,想不注意到它反倒是一件難事。它火紅,而且明亮,比天空中除太陽外最亮的恒星——天狼星還要亮。不僅如此,它忽明忽暗,行蹤不定,時而順行,時而逆行,令人迷惑。中國古人于是稱它為“熒惑”,將其視為戰(zhàn)亂與災(zāi)禍的象征。不僅中國人如此,西方人也一樣,火星的英文名Mars正是來源于古羅馬戰(zhàn)神的名字。

火星的“怪異行徑”不僅令人迷惑,同樣也激起了人們探索未知的欲望。

正如大家都知道的,哥白尼用驚世駭俗的“日心說”向“地心說”提出了挑戰(zhàn),這是人類認(rèn)識宇宙的一大進(jìn)步,但是他仍然深信行星的運(yùn)行軌道是一個完美的圓。然而,德國天文學(xué)家開普勒在用哥白尼理論編制行星運(yùn)行表時發(fā)現(xiàn),火星非常不老實,總是要出軌。經(jīng)過反復(fù)計算,他大膽地提出,火星圍繞太陽運(yùn)行的軌道是一個橢圓形。開普勒把對火星的觀測結(jié)論推廣到其他行星上,發(fā)現(xiàn)也同樣適用。由此,他發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動的三大定律,成為“為天空立法的人”。

望遠(yuǎn)鏡時代:“火星人”的傳說

1609年,伽利略制造出了第一架天文望遠(yuǎn)鏡,使人們的視野豁然開朗。有了“千里眼”相助,人們對火星的認(rèn)識也大大加快了。

1659年,荷蘭天文學(xué)家惠更斯用望遠(yuǎn)鏡觀測火星并且繪制出了火星表面圖。在這張圖中,火星的南北兩極地區(qū)各有一大片白色覆蓋物,天文學(xué)界后來稱其為“極冠”。關(guān)于這“白色的帽子”到底是由什么東西構(gòu)成的,歷史上進(jìn)行過長期的探討,有人認(rèn)為是固態(tài)的二氧化碳(也就是“干冰”),也有人認(rèn)為它是水冰(即固態(tài)的水)。直到后來的太空時代,答案才得以揭曉。

比起極冠來,另一個“火星發(fā)現(xiàn)”的影響力則要大得多。

惠更斯開創(chuàng)火星地理學(xué)之后,許多科學(xué)家畫出了更為詳細(xì)的火星地圖。這其中最有名的是意大利布拉雷天文臺臺長斯基亞帕雷利,他于1877年繪制的火星地圖在太空時代來臨前一直是科學(xué)家研究火星時用的權(quán)威版本。當(dāng)時在對火星地形進(jìn)行命名時,根據(jù)習(xí)慣把暗區(qū)命名為“湖”。斯基亞帕雷利的地圖上,從“湖”的邊緣伸出了幾根細(xì)線。這位天文學(xué)家用意大利文“Canali”來表示“線條”,相對應(yīng)的英文應(yīng)當(dāng)是“Channel”。但不知何故,一些記者把它翻譯成“Canal”(指人工開鑿的運(yùn)河)。一時間,“天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)火星上的運(yùn)河”的消息轟動世界。

富翁出身的美國天文學(xué)家洛威爾通過自己拍攝的數(shù)千張火星照片,描繪出500多條縱橫交錯的“運(yùn)河”,他確信它們由火星智慧生命所開掘,還認(rèn)為運(yùn)河的交接處有植被繁茂的綠洲。直到今天仍風(fēng)靡全球的“火星人”概念,便來源于此!

盡管隨著對火星的進(jìn)一步觀測,特別是通過對火星的光譜分析和氣候研究,科學(xué)家們越來越不相信“火星人”的說法,但這依然阻擋不住民眾的熱情,“火星人文化”已經(jīng)大行其道了!

在利用天文望遠(yuǎn)鏡看火星的300多年里,還有很多重要發(fā)現(xiàn),比如火星的自轉(zhuǎn)周期、火星的兩顆衛(wèi)星等。但火星距離地球太遠(yuǎn)了,最近的時候也有5576萬公里(是月地距離的154倍),實在難以讓我們這些被困在地球上的人對它看得真真切切、明明白白。

太空時代:失望與希望

1957年10月4日,當(dāng)時的蘇聯(lián)將第一顆人造地球衛(wèi)星送上了太空。太空時代的到來,使人們“湊到火星跟前去看個究竟”的愿望有了實現(xiàn)的可能。

從1960年開始,蘇聯(lián)接連向火星發(fā)射探測器,卻連遭失敗。而美國人于1964年年底發(fā)射的“水手4號”,成為了人類歷史上第一個飛臨火星的火星探測器。盡管它只是與火星“擦身而過”,但依然發(fā)回了21張火星照片。此后,1971年發(fā)射的“水手9號”首次成功地進(jìn)入了火星軌道。而美國的“海盜一號”和“海盜二號”探測器,更于1976年成功登陸火星——此前,蘇聯(lián)的“火星二號”在嘗試登陸時不幸墜毀在火星表面,而“火星三號”倒是實現(xiàn)了“著陸”,只是運(yùn)氣太差,遭遇到異常猛烈的火星沙塵暴,僅僅工作了22秒就和地球失去了聯(lián)系。

這些從地球遠(yuǎn)道而去的探測器除了幫人們一睹火星的真容外,也帶來了一個縈繞在人們心頭的巨大問號:火星上存在生命嗎?

它們清晰地描繪了完整的火星地貌,發(fā)現(xiàn)了太陽系中已知最高大的山脈“奧林帕斯山”(高度超過2萬米)和比地球上任何峽谷都壯觀的“水手谷”,然而所有的發(fā)現(xiàn)都表明,這是一個寒冷、干燥、荒涼、了無生機(jī)的星球,沒有任何生命的痕跡。而那些曾經(jīng)給人無限遐想的“線條”,要么根本不存在,要么不過是峽谷邊緣延伸出來的深色沙子,要么只是一座座環(huán)形山由于距離遙遠(yuǎn)被地球人的眼睛連成了一線而已。這不免令人失望。

進(jìn)入上世紀(jì)90年代后,人類探索火星的熱潮又一次被激起,火星探測器發(fā)射得更為頻繁,其中著名的有美國的火星探路者、火星環(huán)球勘測者、勇氣號、機(jī)遇號、鳳凰號,歐洲的火星快車等。好消息一個個傳了回來——

各個探測器從火星軌道和表面都不斷發(fā)現(xiàn)洪水沖刷以及湖泊或海洋沉積而形成的地貌;“勇氣號”在火星上發(fā)現(xiàn)了硅膠,而硅膠是硅酸在水中形成的膠體;“機(jī)遇號”則發(fā)現(xiàn)了顯然是被水浸泡過的巖石?？茖W(xué)家?guī)缀跻呀?jīng)能夠肯定,火星真的曾是一個“水星”。

不僅如此?！盎鹦强燔嚒睂鹦悄蠘O進(jìn)行光譜分析后發(fā)現(xiàn),那白色的極冠是由干冰和水冰共同組成的;去年登上火星的“鳳凰號”則在火星北極附近挖坑的時候掘出了冰塊,而4天以后它們蒸發(fā)了;更讓人興奮的是,當(dāng)它進(jìn)一步對一份火星土壤樣品進(jìn)行加熱時,水蒸氣釋放了出來……很顯然,不僅是“從前”,火星“現(xiàn)在”依然有水!

雖然有水并不意味著一定有(或有過)生命,但水是構(gòu)成生命的基礎(chǔ)物質(zhì),有水,就有希望。

螢火一號:中國人來了

要不是俄羅斯火箭推遲發(fā)射,中國的“螢火一號”現(xiàn)在也已經(jīng)在去往火星的路上了。雖然遺憾,但它依然表明我們中國人也邁開了探索火星的步伐。

“螢火一號”的重要使命,同樣跟“水”緊密相關(guān)。雖然目前已經(jīng)找到了存在水的證據(jù),但現(xiàn)在的火星畢竟已與從前那個曾經(jīng)“洪水滔天”的火星完全不一樣了。“螢火一號”將攜帶等離子探測包、光學(xué)成像儀、磁強(qiáng)器等多個儀器,對火星的電離層、磁場以及周圍環(huán)境空間等進(jìn)行探測,努力為解答火星表面水消失的奧秘尋找有價值的線索。

可能對我們來說,更重要的另一個使命,將是為我們國家下一步的火星探測打下基礎(chǔ)。

由于是搭俄羅斯“福布斯”火星探測器的“順風(fēng)車”,“螢火一號”無法自主選擇軌道,因此在服役期間將7次進(jìn)入火星陰影,最長一次達(dá)到8.8小時。這是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),因為接收不到陽光,部分機(jī)器將不得不暫停進(jìn)入休眠狀態(tài),在離開火星陰影之后再進(jìn)行加電、加熱來喚醒。如果說機(jī)器在這期間被凍壞了,就無法再進(jìn)行喚醒。去年年底,美國的“鳳凰號”就在火星的“黑夜”中和地球失去了聯(lián)系。不過,在我國自己進(jìn)行的測試中,“螢火一號”成功地經(jīng)受住了8.8小時“黑夜”的考驗。

而之所以要使用俄羅斯火箭,主要是由于我們自己的火箭目前還不足以帶著運(yùn)載物達(dá)到第二宇宙速度(即11.2千米/秒,能使物體擺脫地球引力的束縛,進(jìn)入環(huán)繞太陽運(yùn)行的軌道)。萬事開頭難,但我們不會停下自己的腳步。

期待“螢火一號”早日啟程,祝?！拔灮鹨惶枴币宦泛眠\(yùn)!

(注:本文作者為杭州高級中學(xué)天文社成員)