我們?yōu)槭裁窗V迷探索火星？

在今年9月初，作家莫言在全國(guó)青年作家創(chuàng)作會(huì)議中分享了自己的一個(gè)夢(mèng)境，他說在夢(mèng)里他報(bào)名了移居火星的志愿者，并且在火星上寫起了地球上的生活，這聽起來(lái)是不是有點(diǎn)魔幻現(xiàn)實(shí)主義的色彩呢？事實(shí)上在很多的科幻電影里，我們也能看到一些火星移民的場(chǎng)景。而近些年，包括我們的“天問一號(hào)”在內(nèi)的多國(guó)探測(cè)器也先后探訪了這顆神秘星球。所以，無(wú)論是文藝作品，還是現(xiàn)代科技，在我們的目力所及的范圍之內(nèi)，火星好像離我們?cè)絹?lái)越近了，那么人類為什么會(huì)如此癡迷于探索火星呢？

**一、**太陽(yáng)系內(nèi)最像地球的行星，是否有生命存在？

從距離上來(lái)看，離地球最近的行星是金星，理論上我們會(huì)先探測(cè)金星，但金星的環(huán)境非常惡劣，氣壓是地球的92倍，空氣中幾乎全是二氧化碳，并且布滿了硫酸云，地表平均溫度常年保持在460度左右，所以金星的環(huán)境過于惡劣，以至于我們現(xiàn)階段并不具備探測(cè)條件。其他行星也是如此，不是距離太遠(yuǎn)，就是環(huán)境過于惡劣。而火星相對(duì)來(lái)說離地球比較近，地球到火星的距離略遠(yuǎn)于地球到金星的距離，同時(shí)它太陽(yáng)系中環(huán)境條件最接近地球的行星，基于這個(gè)原因，我們選擇先探測(cè)火星。

火星的體積約為地球的六分之一，但它自轉(zhuǎn)軸的傾斜角度、自轉(zhuǎn)周期和部分地貌都與地球比較相似，因此被稱為“袖珍地球”。地球的自轉(zhuǎn)軸傾斜角度大約為23.5度，火星的自轉(zhuǎn)軸傾斜角度大約為25.2度，這種相似的傾斜導(dǎo)致了火星和地球一樣，都會(huì)經(jīng)歷相似的季節(jié)性氣候變化；火星自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間大約為24.6小時(shí)，被稱為一個(gè)“火星日”，這個(gè)時(shí)間與地球上的一天也非常接近；火星的地貌形態(tài)，也是太陽(yáng)系中與地球地貌最像的，別看它的表面被紅色所覆蓋，但它與地球一樣，有高山、平原和峽谷。要知道我們生活的地球是目前太陽(yáng)系中唯一有生命存在的星球，那么火星與地球的這些相似性就引發(fā)了很多人的猜測(cè)：火星上是否有生命存在？

二、火星上曾經(jīng)存在過生命的證據(jù)——液態(tài)水

由于火星和地球的諸多相似之處，很多人認(rèn)為火星的今天，也許就是地球的明天，所以研究火星的演變過程對(duì)我們來(lái)說尤為重要。我們現(xiàn)在看到的火星地表大部分都是荒漠沙丘，但科學(xué)家推測(cè)，在幾十億年前，這顆紅色星球表面曾經(jīng)流淌著水。

目前，大量證據(jù)都支持曾有水在火星表面流動(dòng)的猜想。2003 年,歐洲發(fā)射了 “火星快車”空間探測(cè)器,獲得了火星上的很多數(shù)據(jù)和圖像,它發(fā)現(xiàn)火星的北半球有很多類似海岸線的線條，這些殘留的海岸線說明，火星的北半球很有可能曾經(jīng)是一個(gè)巨大的海洋。

2021年，我國(guó)的“祝融號(hào)”在著陸在火星北部的烏托邦平原，通過探測(cè)，那里的巖土與火星表面常見的火山巖之間存在一些差異，它不像是由多年風(fēng)沙沉積所形成的，反而具備了許多水流沖刷地貌的特點(diǎn)?？茖W(xué)家推測(cè)，這些巖石可能形成于北部烏托邦平原古海洋的海退過程，這一推論也很好地支持了火星北部曾經(jīng)存在過海洋的假說。

如果說火星上曾經(jīng)有過液態(tài)水，那么這些液態(tài)水去哪了？是蒸發(fā)到太空了，還是滲入到地下了？這顆曾經(jīng)的濕潤(rùn)星球是如何變成如今的“沙漠行星”的？

科學(xué)家們推測(cè)，在43億年之前，剛形成不久的火星可能也曾擁有過全球性的內(nèi)稟磁場(chǎng)，而且其強(qiáng)度與地球磁場(chǎng)非常相似。不過，這個(gè)磁場(chǎng)存在了一段時(shí)間后便神秘地消失了。在解釋火星內(nèi)稟磁場(chǎng)消失的各種觀點(diǎn)中，最主要的一種觀點(diǎn)認(rèn)為，隨著火星內(nèi)核的冷卻，其中液態(tài)金屬的對(duì)流逐漸減弱，最終導(dǎo)致了磁場(chǎng)的消失。沒有了磁場(chǎng)，也就失去了對(duì)火星的保護(hù)作用，于是火星被暴露在太陽(yáng)風(fēng)和輻射下，才導(dǎo)可能致它失去了地表水，大氣也變得非常稀薄。至于火星上的液態(tài)水到底去哪了，我們現(xiàn)在還不得而知，或許到天問三號(hào)采集到火星樣本返回地球那一天，這個(gè)謎團(tuán)才有可能能被我們解開。

三、火星采樣為何如此困難？

火星取樣返回可以說是火星探測(cè)“皇冠上的明珠”， 目前還沒有國(guó)家做得到。那么問題來(lái)了，人類已經(jīng)多次在月球進(jìn)行了采樣，我們的嫦娥六號(hào)也成功的在月背進(jìn)行了采樣，那么在火星進(jìn)行采樣為什么如此困難呢？

從 1964 年“水手 4” 號(hào)火星探測(cè)器發(fā)射，1965 年回傳第一張火星表面照片開始，在這60年的時(shí)間里，人類已先后對(duì)火星開展了 50 多次的探測(cè)，但是整體上成功率也就一半左右。所以光探測(cè)就已經(jīng)非常困難了，更別提采樣并返回地球了。

與月球采樣返回相比，火星取樣返回存在諸多難點(diǎn)，首先火星的“個(gè)頭”比月球大得多，它的質(zhì)量大約是月球的9倍，所以火星的引力比月球要大很多，從火星上起飛返回需要更大的逃逸速度， 這就要求火箭有更強(qiáng)的動(dòng)力; 火星表面也存在稀薄的大氣，所以從火星表面起飛需要一整套適應(yīng)火星大氣環(huán)境的飛行產(chǎn)品及其控制系統(tǒng); 再加上往返火星路途遙遠(yuǎn)，火星環(huán)境惡劣，都增加了取樣返回的難度。所以，如何將探測(cè)器安全送達(dá)火星、如何在火星表面進(jìn)行有效探測(cè)、如何將樣本帶回地球，這些都是技術(shù)難題。

按計(jì)劃，我國(guó)將在 2028 年發(fā)射天問三號(hào)，完成火星采樣并返回地球的任務(wù)，這是一個(gè)前所未有的偉大目標(biāo)?；鹦堑钠鹪词鞘裁? 它都經(jīng)歷了哪些地質(zhì)演化? 以及最重要的一個(gè)問題，火星現(xiàn)階段是否有液態(tài)水，以及火星上是否有生命存在過? 相信到那個(gè)時(shí)候，這些謎團(tuán)將會(huì)一一解開。而我們?cè)谄^提到的莫言的那個(gè)夢(mèng)境，或許終有一天會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

作者：星眾成光

審核：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心 研究員 劉勇

出品：中國(guó)科協(xié)科普部

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