為什么要去火星

苗千

特朗普在2017年3月21日簽署的S.442號總統(tǒng)令，使美國政府對美國航空航天局（NASA）進(jìn)行財政支持成為法律。根據(jù)這條總統(tǒng)令，美國政府將為NASA持續(xù)提供資金支持，幫助科學(xué)家們在21世紀(jì)30年代把宇航員送上火星。

火星是太陽系中的第四顆行星，這顆行星距離地球2億多公里，只有地球六分之一大小，一個火星日大約有24.6個小時，一個火星年則有大約687個地球日?；鹦潜砻娴钠骄鶞囟仍诹阆?0多攝氏度，表面遍布著火山和峽谷，如今它成為在月球之后，人類進(jìn)行太空探索的下一個目的地。人類為什么要登上火星？因為越理解火星，人類就越能夠理解地球以及其他行星，火星代表了地球的另一種可能。

即使是不載人的太空探測，從地球到火星的路途上也充滿著艱險。人類向火星發(fā)射過數(shù)十個探測器，總共只有大約三分之一完成了任務(wù)。對于人類目前的技術(shù)來說，探測火星仍然是一個極具挑戰(zhàn)性的工作。把宇航員送往火星，再讓他安全返回地球，其技術(shù)難度可想而知。幾十年來，為了探測火星，為登陸火星做準(zhǔn)備，人類發(fā)射了火星軌道探測器和探測車?！昂闷嫣枴被鹦擒囀占嘶鹦潜砻娴母黜棓?shù)據(jù)，而計劃在2020年發(fā)射的火星探測器則將探測在火星表面包括氧氣在內(nèi)的各種可利用資源。這是人類向太空中拓展的必不可少的一步，也將解答一些問題：火星是否曾經(jīng)適合微生物生存？人類在未來有沒有可能在火星生存？從火星我們能否看到地球的未來？

這個“熒熒如火”的行星被中國古人命名為“熒惑”，而古羅馬人則因為其血一樣的顏色以羅馬戰(zhàn)神命名其為“Mars”。美國航空航天局的飛行器“水手4號”（Mariner 4）在1965年第一次飛掠火星，為人類發(fā)回22張火星的清晰照片，展示出一個死寂的世界。但隨后越來越多的探測表明，火星曾經(jīng)有過活躍的歷史，2004年，NASA發(fā)射的兩個火星探測器“精神號”（Spirit）和“機會號”（Opportunity）發(fā)現(xiàn)了在火星表面曾經(jīng)長時間存在液態(tài)水的證據(jù)。2012年，火星探測器“好奇號”（Curiosity）進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，火星的環(huán)境可能曾經(jīng)適合微生物的生存。

對于火星更多的研究是在地球上通過望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的。人們可以看到這個被荒漠覆蓋的行星景觀也會呈現(xiàn)出季節(jié)性的變化。在火星的極點有冰層覆蓋，冰層的面積會隨著季節(jié)而改變。人類早就發(fā)現(xiàn)火星有兩個月亮，分別以戰(zhàn)神的兩個兒子命名火衛(wèi)一（Phobos）和火衛(wèi)二（Deimos）。這兩顆衛(wèi)星因為自身質(zhì)量不大，并不足以通過自身引力而形成球狀，因而有著像土豆一樣不規(guī)則的外觀。人們曾以為這兩顆衛(wèi)星都是火星通過自身重力捕獲的小行星，而最新的研究結(jié)果表明，這兩個衛(wèi)星可能有著截然不同的身世。

2017年3月20日，美國普渡大學(xué)的學(xué)者在《自然·地質(zhì)科學(xué)》雜志發(fā)表論文，論述通過電腦模擬證明，火星在大約43億年前也和土星一樣擁有環(huán)狀結(jié)構(gòu)——當(dāng)時太陽系內(nèi)部很多小天體撞擊火星形成的碎片，在火星的引力作用下形成了一個火星環(huán)，而后構(gòu)成火星環(huán)的物質(zhì)逐漸聚合成為一顆火星的衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星要比現(xiàn)在的土衛(wèi)一大很多，它受到火星引力的吸引，逐漸接近火星，最終被引力撕裂，衛(wèi)星的一部分落在火星表面，另一部分則重新構(gòu)成火星環(huán)——這些剩余的火星環(huán)經(jīng)過漫長的時間又會重新成為一顆衛(wèi)星，而后又會重蹈覆轍，再次被火星的引力撕裂。論文作者認(rèn)為，如今的土衛(wèi)一也在重復(fù)這個過程，它正在逐步接近火星，在大約5000萬至7000萬年之間，就將撞向火星表面，而后剩余大于20%的物質(zhì)仍然會留在火星軌道上，再形成新的火星環(huán)（土衛(wèi)二則可能是被火星引力捕獲的小行星）。

在40億年前，火星也可能擁有強烈的地磁場，而在35億年前，火星表面曾經(jīng)發(fā)生過大洪水，這場洪水持續(xù)了多長時間、這些水最終都去了哪里，至今仍是未解之謎。目前火星表面的低溫和低氣壓環(huán)境使液態(tài)水無法長時間存在，解開火星上的水之謎，是人類理解火星氣候歷史的關(guān)鍵，同時也有助于人們了解火星環(huán)境是否曾經(jīng)適合生命存在。在30億年前，火星的火山爆發(fā)非常頻繁，一些更年輕的火山則形成于10億？20億年前?；鹦菗碛刑栂祪?nèi)最大的火山奧林巴斯（Olympus Mons），又有著壯觀的赤道大峽谷水手號（Valles Marineris）——這些景觀是由火星曾經(jīng)活躍的地質(zhì)活動和復(fù)雜的氣候條件共同塑造的。

2015年10月13日，美國航空航天局發(fā)布火星探測器“好奇號”在火星巖石上執(zhí)行任務(wù)時留下的自拍照

理解火星火山的活動規(guī)律，將是理解火星內(nèi)部構(gòu)造的關(guān)鍵。NASA科學(xué)家在《地球與行星科學(xué)通訊》雜志上發(fā)表論文，論述關(guān)于火星火山的最新研究結(jié)果。文章中論述火星巨大的盾形火山阿爾西亞山（Arsia Mons）在它最活躍的時期，大約每100萬到300萬年的時間噴發(fā)一次巖漿，而它的最后一次噴發(fā)發(fā)生在5000萬年以前，其間地球正處于白堊紀(jì)-第三紀(jì)滅絕事件的過程中，火星火山歸于沉寂與地球上恐龍滅絕大約發(fā)生于同一時間。

人類想要登上火星，因為火星就在那里。史無前例的太空探索需要擁有超強動力的火箭發(fā)射系統(tǒng)和太空飛船。美國航空航天局正在研發(fā)的“獵戶座”載人探索飛行器（Orion Crew Exploration Vehicle）和太空發(fā)射系統(tǒng)（Space Launch System）將是載人火星探測計劃能否成功的關(guān)鍵。憑借著強大的動力，太空發(fā)射系統(tǒng)足以把載有4位宇航員的獵戶座飛船送入外層空間。這個系統(tǒng)的載荷、容積和能量都超過之前所有的火箭系統(tǒng)，并有著不斷改進(jìn)的空間，不僅可以用于進(jìn)行火星登陸，在未來還有可能用于土星和木星探測。

美國航空航天局在2015年完成了太空發(fā)射系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計。第一代太空發(fā)射系統(tǒng)的運載火箭Block 1高達(dá)98米，將有70噸的載荷，第二代的Block 1B將擁有115噸的載荷——隨后一代的Block 2將有143噸的載荷——這種可以進(jìn)化的設(shè)計將使人類在短時間內(nèi)進(jìn)行深空旅行成為可能。太空發(fā)射系統(tǒng)將搭載著獵戶座飛船，使宇航員們探索人類從未到達(dá)過的太陽系深處，再護(hù)送宇航員們重新進(jìn)入地球的大氣層，這個過程必將充滿艱險。

2017年3月8日，NASA的工程師們在亞利桑那州進(jìn)行了獵戶座飛船的降落傘實驗。一架C-17運輸機在距離地面7.6公里的高空拋下一個獵戶座飛船的工程模型，模擬在發(fā)射之后宇航員放棄飛行任務(wù)，利用降落傘逃離的過程，試驗圓滿完成。按照計劃，在21世紀(jì)20年代太空發(fā)射系統(tǒng)將載著沒有宇航員的獵戶座飛船繞行月球之后返回地球，之后還會載著一名宇航員進(jìn)行一次為期一年的深空旅行，為最終登陸火星做準(zhǔn)備。