人類為什么要探索月球和火星

日前，天問一號(hào)探測(cè)器發(fā)回了在火星著陸區(qū)的第一張高清“自拍”，火星表面看來一片荒涼。那么，是什么吸引我們?nèi)ヌ剿鬟@些荒涼星球？

月球是地球唯一的天然衛(wèi)星，是人類登陸過的第一個(gè)地外星球。紅色的火星，位于太陽系的宜居帶，與地球很像，前后也有數(shù)十個(gè)航天器探索過。

我們?yōu)槭裁匆綔y(cè)月球和火星？50多年前美國登月是真的嗎？今天人類的探月和探火計(jì)劃進(jìn)展到了哪一步？以目前的證據(jù)，火星上有生命嗎？我們能改造火星讓它更宜居嗎？

國家空間科學(xué)中心的研究員劉勇、孔令高和周炳紅，為我們揭開了地球這兩位“近鄰”的神秘面紗。

為什么要探測(cè)荒涼月球？

地球有大氣層和磁場(chǎng)，保護(hù)我們?nèi)祟惏踩钤谏厦?，月球大氣則非常稀薄、接近真空，磁場(chǎng)更是不到地球的百分之一，非常微弱。這使得月球難以阻擋小天體撞擊，也不能屏蔽宇宙輻射，表面一片荒涼，并不適合人類生存。那么，人類為何對(duì)探月如此神往呢？

孔令高介紹，人類可以通過肉眼觀察到月亮陰晴圓缺的變化，這自然而然會(huì)激發(fā)人的好奇心，驅(qū)使我們?nèi)ヌ剿髟虑颉?/p>

另一個(gè)重要因素是，地球人口急劇增長(zhǎng)，人類要想可持續(xù)發(fā)展，就需要將活動(dòng)范圍向外擴(kuò)展，所以就想去月球上看看有沒有可利用的資源。比如，氦-3是一種非常清潔高效的核聚變?nèi)剂希?00噸的氦-3發(fā)電，可以供地球使用一年;月球由于沒有大氣層和磁場(chǎng)保護(hù)，太陽風(fēng)可以直接打到月球表面，使氦-3在月壤和礦石中富集，儲(chǔ)量目前估算有100萬噸左右。

周炳紅介紹，我們探測(cè)月球還有一個(gè)原因，那就是月球比地球小很多，表面的重力只有地球的1/6左右，從月面起飛比較容易。因此，月球可以作為人類未來探索深空的中轉(zhuǎn)站。

人類探月進(jìn)展到了哪一步？

月球距離我們?nèi)绱酥?，但迄今為止，登上月球的只?2名美國宇航員，有人甚至對(duì)此表示懷疑。美國登月是真的嗎？人類探月如今進(jìn)展到了哪一步？

周炳紅認(rèn)為，從系統(tǒng)工程的角度來看，美國登月是真是假，或許不是特別重要。更重要的是，美國當(dāng)時(shí)為了登月，發(fā)展了龐大的月球探測(cè)計(jì)劃——阿波羅計(jì)劃，進(jìn)行了繞月飛行等一系列試驗(yàn)，就像今天我們的嫦娥工程一樣。另外，后來有證據(jù)表明，月球上有宇航員的腳印、排泄物，由于沒有地球上的風(fēng)化作用，這些痕跡還在那兒。

劉勇介紹，美國在登月之前其實(shí)做了大量的準(zhǔn)備工作。比如，先驅(qū)者計(jì)劃為了探測(cè)月球，接連很多次都以失敗告終。一個(gè)計(jì)劃失敗這么多次，花了這么多錢，從大的層面來說，它應(yīng)該是真的。在航天上人們經(jīng)常講，失敗其實(shí)是差一點(diǎn)點(diǎn)成功，成功其實(shí)是差一點(diǎn)點(diǎn)就失敗，這個(gè)探索的過程很重要。

月球是我們探索宇宙深空，走向星辰大海的前哨站，我們什么時(shí)候才能建立月球基地呢？

周炳紅介紹，探月工程分幾步，第一步是掌握一些關(guān)鍵技術(shù)，例如采樣返回技術(shù)，確定要去哪兒去尋找資源、尋找水;現(xiàn)在目標(biāo)也很明確，各個(gè)國家都聚焦在月球南極找水。第二步是建立月球科研站，驗(yàn)證這些關(guān)鍵技術(shù)，為建設(shè)月球基地做準(zhǔn)備。第三步就是建設(shè)月球基地了。所有大工程都會(huì)有一個(gè)從不成熟到成熟的過程，按照這個(gè)脈絡(luò)，我們大概需要十年的時(shí)間完成前兩個(gè)步驟。

為什么要探測(cè)火星？

在太陽系的行星中，金星距離地球更近，我們?yōu)槭裁床蝗ヌ剿鹘鹦?，而?duì)火星情有獨(dú)鐘？

孔令高介紹，人類探索火星，很重要的原因是，火星和地球很像，自轉(zhuǎn)周期與地球接近，大概是24小時(shí)，也有白天黑夜和四季交替。有說法認(rèn)為，火星上可能存在生命，甚至地球上的生命可能來自火星。

例如，有研究發(fā)現(xiàn)，地球產(chǎn)生生命的時(shí)期，環(huán)境其實(shí)非常惡劣，不斷有小行星撞擊，到處都是火山熔巖，溫度非常高，反而那個(gè)時(shí)候的火星，氣候溫暖濕潤，有大量江河湖泊，特別適合孕育生命。所以，人們據(jù)此推測(cè)，有可能生命是在火星上誕生，然后有小天體撞擊火星，撞出的碎片攜帶著生命物質(zhì)，經(jīng)過漫長(zhǎng)的旅途，把生命的種子帶到了地球。

至于為什么不去探測(cè)金星，劉勇介紹，金星離地球更近，但金星表面有濃密的大氣，主要都是二氧化碳，這些溫室氣體使金星表面溫度高達(dá)400多度，再加上大氣壓，可以想象那就是一個(gè)高壓鍋。蘇聯(lián)曾向金星發(fā)射過一個(gè)探測(cè)器，著陸后不到一分鐘就掛了，可見金星環(huán)境非常惡劣。

周炳紅則從航天技術(shù)角度，比較了探測(cè)月球、火星和金星的難度差異。他介紹，從飛行難度上看，去金星比火星和月球難得多，因?yàn)榻鹦请x太陽更近，去那兒需要的火箭速度增量其實(shí)要更高。相對(duì)而言，去火星和月球在火箭飛行方面難度其實(shí)差不多，只不過月球距離地球大約40萬公里，火星最近大約5500萬公里、最遠(yuǎn)大概4億公里，去火星要飛行更長(zhǎng)時(shí)間，比如天問一號(hào)用了大半年時(shí)間，飛行4.5億公里，才到達(dá)火星。

但是，在火星表面著陸和起飛要比月球上難很多。這是因?yàn)?，月球比火星小很多，引力也小，因此在月球表面剎車很容易，在火星剎車更難;同樣地，要擺脫引力束縛，從火星上起飛也更難，需要的火箭更大，所以人類至今還沒有從火星上取一塊樣品回來?，F(xiàn)在，美國和歐洲有一個(gè)計(jì)劃要從火星取樣，需要先發(fā)射一個(gè)火箭收集火星樣品，然后用另一個(gè)火箭把樣品送到火星軌道上，接著再用一個(gè)火箭把樣品從火星軌道返回地球，像接力一樣來完成。

火星上有生命嗎？

直到現(xiàn)在，并沒有明確證據(jù)表明，火星上有生命。可是，我們要探測(cè)到什么，才算是在火星上找到生命物質(zhì)了呢？

孔令高認(rèn)為，如果探測(cè)到有機(jī)大分子，那肯定表明火星上存在生命，但是目前還沒有看到。另外，科學(xué)家觀測(cè)到火星上甲烷濃度的變化，我們知道，很多生命活動(dòng)都與甲烷息息相關(guān)，比如消化過程、生物腐爛、古菌活動(dòng)，都會(huì)產(chǎn)生甲烷氣體，所以這也可能是生命存在的一個(gè)證據(jù)。

周炳紅介紹，火星探測(cè)的主題正在逐漸演化，從最初的尋找生命，轉(zhuǎn)變到研究火星上的環(huán)境是否適宜生命存在，或者在歷史上是否曾經(jīng)適宜生命存在，還有就是，有沒有可能改造火星讓它變得更宜居。

對(duì)于火星上的環(huán)境，我們目前知道，火星上確實(shí)有水，主要以水冰的形式存在，也有部分以液態(tài)形式存在，這些是鹵水，也就是鹽分很高的水。關(guān)于火星上水的起源有兩種假說：一種認(rèn)為，火星上本來就有水，是火星上的氫和氧通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水;還有一種認(rèn)為，是外來小天體撞擊帶來了水。

從這個(gè)層面來說，火星因?yàn)橛兴写髿夂痛艌?chǎng)，不容易受到小行星撞擊和空間粒子輻射，相對(duì)于月球，在火星上建立科考站也有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

普通人何時(shí)能上天？

星辰大海，心之所向。我們普通人什么時(shí)候才能飛向太空，甚至來一趟月球旅行呢？

周炳紅介紹，普通人要上天，目前主要有三大困擾。第一是人心理上可能感到孤獨(dú)。第二是人類是否可以適應(yīng)微重力環(huán)境，因?yàn)樵谔罩幸苋?，人?huì)飄起來。現(xiàn)在看來這一點(diǎn)對(duì)健康人來說也不是很困難，之前霍金都坐過失重飛機(jī)，飛機(jī)進(jìn)行拋物線飛行，關(guān)掉發(fā)動(dòng)機(jī)后進(jìn)入微重力狀態(tài)，持續(xù)幾分鐘時(shí)間。

第三個(gè)涉及火箭技術(shù)。因?yàn)樘章眯型枰嗉?jí)火箭，多級(jí)火箭會(huì)有前箭耦合振動(dòng)的問題，特別是發(fā)生低頻振動(dòng)甚至幾赫茲的振動(dòng)時(shí)，人體的內(nèi)臟器官會(huì)跟著一起共振，這不僅對(duì)火箭是壞事，人坐在里面也會(huì)感覺十分難受。之前楊利偉上天時(shí)就遇到過這個(gè)問題，但是有了那次的經(jīng)驗(yàn)，后來我們國家就很好地解決了這個(gè)問題。

結(jié)語

自從20世紀(jì)70年代阿波羅計(jì)劃之后，人類就再也沒有登上月球。但如今隨著航天技術(shù)、空間探測(cè)技術(shù)蓬勃發(fā)展，回到月球或許并不遙遠(yuǎn)。甚至在未來，月球和火星這兩顆瑰麗的星球上，可能會(huì)有人類的地外基地，支撐我們飛向宇宙更深處。

人類回到月球，或許并不遙遠(yuǎn)。389FBA6F-B64E-4BA3-826E-766731D8C263