「本文来源:中国数字科技馆」
火星,一颗充满神秘魅力的红色星球。从遥远的古代起,就引起人们无限遐想。最开始,人们觉得它荧荧似火哦,行踪不定,意味着不详:在中国有“荧惑”的说法,在西方它则代表着好斗的战神。而近现代的科幻小说和影视作品里,早期科幻作家笔下,火星文明也带有好战色彩——《火星女王》《火星人入侵》《世界大战》等经典作品里,火星人是外形夸张的入侵者形象。随着科技发展和太空探索的展开,我们了解到火星上并不存在高等文明,但它与地球的近邻关系,又让科幻作品里出现了不少登上火星的绚丽幻想——我们熟悉的《火星救援》《火星编年史》中就详尽地描绘火星改造细节乃至恢弘移民殖民史。
人类的想象力为何如此偏爱这颗行星?或许罗伯特·祖布林(RobertZubrin)的科普著作《赶往火星》给出了一个合理的解释——在我们太阳系内的地外天体中,火星独一无二,只有它拥有全部原材料,不仅可供生命存活,还能支持一个人类文明的新分支。火星探索和科研的数据表明:火星富含碳、氮、氢和氧,而且它们存在的形式从生物学上说都很容易利用,比如二氧化碳气体、氮气、水冰和永久冻土。如果火星表面很平坦,而所有冰和永久冻土融化成液态水的话,那整颗行星都会被超过米深的海洋覆盖。火星上有大量氘可用作核聚变反应堆燃料。在火星上,大气层的厚度足以屏蔽太阳耀斑,保护植物在地面上生长……火星真有足够条件成为人类的下一个家园。
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这样的探索发现不仅调动了科幻作家们的创作激情,也激励着各国航天科学家进一步去探索开掘火星背后的魅力。年5月15日,我国自主研发“天问一号”探测器成功着陆,祝融火星车将开启它的“自主巡视”之旅,为火星传奇史又增添了一道独特的中国神话风景。
针对火星的复杂情况,祝融号的外观和设计都较以往的火星车有了较大提升。由于火星距离太阳更远,这里的太阳能密度仅为地球附近的4成左右,对太阳能帆板收集能量的要求极高。祝融号使用了4片巨大的由三结砷化镓构成的“蝴蝶型”太阳能电池阵列,确保足够能量供应。同时,火星上动辄有大规模的沙尘暴,会对太阳能收集效率产生巨大影响,甚至直接影响火星车工作寿命。通过防尘涂层技术,祝融号表面的抗沙尘能力大幅提高。当然,如果遭遇旷日持久的全球沙尘暴,它也会先进入休眠状态,先躲过“风头”再说。火星表面空气极其稀薄,保温效应有限,昼夜温差极大,白天可达20摄氏度、夜晚却能低于零下摄氏度,这对于不少仪器将是巨大挑战。一方面,祝融号必须在夜晚“熄火”休眠;另一方面,它也采用了纳米级气凝胶和正十一烷集热窗等温控技术,确保安全无虞度过长夜极寒。祝融号的机身被设计成了可升降的主动悬架结构,能够自由转向,六个轮子均独立驱动,多轮悬空的条件下依然能自由移动,是一辆不折不扣的“火星变形小金刚”。在极端地形中,祝融号还能重新设计轮子驱动方案以实现“蠕动”“蟹行”和“踮脚”等复杂机械操作,以提高驾驶安全性,增加它可以探索的地形区域。
除了常规的通信、能源、撑结构、动系统等部分,祝融号上的科学载荷主要有六种:分别是多光谱相机、次表层探测雷达、星表成分探测仪、星表磁场探测仪、星象测仪、地形相机。它们共有五使命,主要涉及星空间环境、地表形貌特征、壤表层结构等研究。最为核心的科研目标是捕捉火星表面影像,通过导航地形相机,它会给我们传回火星表面华丽苍凉的景象;通过多光谱相机,可以详细分析地形、地貌和地质的具体情况,这些岩石土壤光谱数据也能助力科学家研究火星表面演化的历史和未来。同时表面成分探测仪则通过微成像相机将砂石放大到头发丝般粗细的微米级,激光诱导击穿光谱仪更能在数米外用激光把岩石成分烧蚀成等离子体,利用有“远程显微镜”之称的短波红外光谱显微成像仪进行分析。研究者们能从这些分析数据中更好地了解火星表面土壤岩石的成分。此外,通过次表层探测雷达,我们能利用“火眼金睛”一探火星土壤和浅层地下的结构,找寻那里暗含的奥秘;火星没有全球覆盖的稳定磁场,但表面却存在支离破碎的偶极磁场,暗含着火星历史演化的痕迹,这些需要表面磁场探测仪大展身手;而气象测量仪,则能为祝融提供各种气象条件,让我们了解这颗神秘行星的“呼吸脉络”。祝融号工作期间,天问一号的环绕器会一直紧张忙碌为它服务,转发各种科研数据回归地球,同时向它转发来自地球的指令。同时,环绕器中的分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、矿物光谱分析仪、磁强计、离子与中性粒子分析仪、能量粒子分析仪等仪器也会协同祝融号进行进一步的科研工作,在多种轨道高度对火星进行整体性、全球性、综合性研究。
相信不久以后,祝融号火星车和仍在持续工作的“天问一号”环绕器将为我们传回更多来自火星的惊喜发现,为我们的科幻脑洞带来更多科学积淀。它们成功着陆火星不仅是人类火星探索史上沉稳而坚定的一个足迹,更是令我们幻想更加绚烂绽放的有力支撑。
作者:艾思齐