2020， 从中国到火星！火星究竟有什么魅力？

撰文 / 熊雅颖 左维 李春来（中国科学院国家天文台）

自古以来中国人便喜欢观测火星，发现了许许多多与火星有关的天象。2020年，中国将首次自主发射火星探测器，踏出自主探测火星的第一步。中国的这次火星探测到底具有怎样的意义呢？此次登上火星又肩负着怎样的任务呢？就让我们一起来看看吧。

火星，请回答

一直以来，人类在研究火星时遇到了许多科学问题，希望通过中国这次的火星探测任务，可以让大家对火星有更深入的认识。

火星上是否存在生命？

火星上是否和地球一样，存在生命或者曾经发育过生命呢？水是生命之源，如果在火星探测到有水存在的证据，则可以加强火星存在生命的科学依据。中国首次自主火星探测可以通过搜寻水冰以及探测火星的形貌（如过去对火星表面的探测中发现了许多类似河道的形貌特征）来寻找水的踪迹。通过探测火星表面物质组成，则可以分析其中是否有盐类矿物，这也可以证明火星表面曾经有水的存在，因为盐类矿物是水挥发后的残留物。

由火星快车号所得数据构建出的具有水冰的火山撞击坑景象（图片来源/ESA）

火星上是否存在，或曾经存在过生命？地球的未来又是否会像火星一样呢？探究这些问题，对预测我们地球以及人类的未来和发展都有着很重要的意义。

火星的起源与演化历程

火星是类地行星，研究火星演化对探索包括地球在内的类地行星演化的共性有着十分重要的科学意义。

火星的演化是一个十分复杂的过程，既有火星自身特性（如内部物理场与结构、地质构造和化学构成等）的演变，也有火星环境的演化（如火星大气层、磁层、电离层等），火星独特的地形地貌和物理特性，承载了其演化的丰富信息。中国首次自主火星探测将多方面探索火星演化历程，并延伸到类地行星演化的共性与特性，以及太阳系的起源和演化。

火星上黑色的层状沙丘（图片来源/NASA）

我们能否改造火星

火星和地球存在诸多相似之处：和地球一样具有大气层；有昼夜之分；也有一年四季的交替。因此，人们不禁好奇：人类今后是否有可能移民火星呢？然而，火星不利于人类生存的条件也非常明显：火星上温差比地球大得多；火星表面来自宇宙的辐射也比地球高；火星引力和大气压力都比地球小得多……

因此，如果人类今后真的要移民火星，还需对其进行改造。要确定火星到底能否被改造成为宜居的绿色星球，前提是人类要对火星有全面的了解。中国首次自主火星探测将通过对火星表面土壤特征、物质组成、气候与环境特征的探测，研究火星的自然环境，判断人类改造火星的可能性。

艺术家虚构的火星基地

火星探测硬实力

探月工程的成功实施为中国首次自主火星探测打下了坚实的基础，但是火星与月球环境差异非常大，这些差异使得火星探测任务的关键技术既有一定的继承性，也有自己的特色。

中国的火星探测器由两部分组成，一部分是在火星上空环绕火星飞行的环绕器，另一部分是降落在火星表面“边走边探测”的着陆巡视器。环绕器在火星上空飞行，不仅可以对火星进行全球性的探测，还可以为火星表面的着陆巡视器提供中继通信服务，搭建起地球与着陆巡视器的沟通桥梁。

着陆巡视器由进入舱和火星车两部分组成，进入舱帮助火星车着陆在火星表面，着陆后火星车便与进入舱分离，在火星表面进行巡视探测。这样一来，环绕器和火星车就构成了对火星的“一天一地”多方位探测。中国这种同时实现环绕探测和巡视探测的方式，在国际上也是首次。

“登火”“登月”大不同

上面提到火星与月球环境差异非常大，因此火星探测与月球探测大有不同。

首先，月球作为地球的卫星主要绕地球公转，而火星是行星，与地球一样绕太阳公转。理论上，月球探测每个月都有发射机会，而火星探测需要地球与火星处在一个特定的相对位置，因此每26个月才出现一次发射机会。这些差异都要求在轨道设计和总体规划方面具备更强的能力。

（图片来源/ESA）

其次，月球与地球的距离为36万～40万千米，而火星距离地球为5600万～4亿千米，地火最远距离约为地月距离的1000倍，无线电信号从火星附近传输到地球最长需花费23分钟。中国首次自主火星探测将使中国的深空探测能力提升至4亿千米远的空间。

此外，火星上太阳辐射更加微弱，只有地球和月球的约43%。这对中国首次自主火星探测的探测器在太阳能的获取和温度控制等方面提出了更高的要求。

最后，火星的大气十分稀薄。火星表面大气密度约为地球的1%，同时存在强风和沙尘天气，这些都使得在火星着陆更为困难和复杂。中国首次自主火星探测将突破火星环绕、着陆、巡视探测这类特殊关键技术。

随着世界经济、社会和科技的发展，人类对探索太阳系的起源与演化、寻找地外生命、拓展生存空间的需求越来越迫切，深空探测是人类探索宇宙奥秘、追寻生命起源的重要手段。火星作为在太阳系中距离地球较近、自然环境与地球最为类似的行星，成为了人类走向深空的重要探测目标。

中国首次自主火星探测不仅在于探究火星生命的存在和演化过程等问题，更可以借此了解地球的演化历史和预测地球的未来变化趋势，同时也为人类开辟新的生存空间寻找潜在的目标。探测和研究火星，最终目的是为了地球和人类，是为人类社会的可持续发展服务。随着对火星认识的加深，也许有一天人类可以像电影《火星救援》里那样，在火星基地里生活、工作、种土豆……

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