2020年将首探火星：中国太空探索走向深空

　　星罗万象

　　新一轮深空探测的科学浪潮悄然兴起，这其中怎能少了中国的身影呢？

　　近日，媒体记者从中国科学院院士欧阳自远处获悉，中国将于2020年探测火星，通过火星卫星、火星着陆器、火星车天地联合探测火星，目前火星车已经做好。这一消息一经披露，旋即引发了广泛关注。

　　2020年是火星探测窗口期

　　在西方，火星曾被认为是战神玛尔斯的化身；在中国，火星因为行踪不定而被称为“荧惑”，甚至古书上有“荧惑守心，天责帝君”“荧荧之火，离离乱惑”等描述。总之，自古以来，火星给人神秘、凶险的感觉。

　　即便在科学层面，火星也曾给人许多困惑。丹麦天文学家第谷·布拉赫的观测精度达到了1角秒，那是望远镜发明前的最高水准，却发现对火星位置的预报误差达到了令人难以接受的8角秒，甚至连哥白尼的日心说也因此遭遇巨大挑战。后来，开普勒提出行星运动轨道应当是椭圆，才让此问题迎刃而解。

　　我们目前对火星轨道的了解足以解释它“鬼魅行踪”。火星的轨道是个相对较扁的椭圆，偏心率达到0.0934。相较而言，地球轨道偏心率只有0.0167，属于非常圆的了。因此，火星和地球之间的距离跨度在0.546亿公里-4.01亿公里之间，就算是两者接近时距离变化范围也达到0.55亿公里-1.02亿公里。

　　由此，可以推测，我们每次见到火星时，它的个头时大时小，它的运行速度也时快时慢，确实让人难以捉摸。此外，火星公转周期约为687天，接近2个地球的回归年，这就导致我们不可能每年都能见到火星。具体来说，平均间隔约26个月，火星才会再一次接近地球。难怪古人谓之“惑”。

　　当你明白了这个道理，也就不难理解为什么我们要隔一年才能发射一次火星探测器，这就是航天工程上所说的“发射窗口”。

　　2014年美国航天局的“马文”号（MAVEN，火星大气与挥发物演化任务）和印度的“火星飞船”先后到达火星；2016年欧空局ExoMars任务无人探测器抵达火星；2018年美国航天局的“洞察”号探测器成功着陆火星。

　　你看，是不是每两年才有一次机会前往火星呢？所以，可以想见，2020年又将是一个“火星大年”，各个航天大国、航天机构都在摩拳擦掌，打算同台比拼。

　　目前已知的发射计划包括美国航天局的“火星2020”火星车（Mars 2020 rover）、欧空局的“罗萨琳·富兰克林”号火星车（Rosalind Franklin rover）、阿联酋的“希望”号轨道探测器（Mars Hope orbiter）。2019年1月14日，中国航天局在国新办举行的记者会上表示我国首次火星探测任务也将于2020年前后实施。

　　多国已启动火星探测计划

　　是什么导致那么多的探测器都将火星作为“考察目的地”呢？原因很简单，火星是太阳系中除地球以外“最有希望的”行星。

　　太阳系是一个大家庭，拥有八大行星，然而只有水星、金星、地球和火星是固态行星，这就淘汰了一半。水星离太阳太近，又无大气，不适合生存。金星的大气太过浓密，大气压强超过地球90倍，而且充满CO2、SO2等温室气体，不论何时何地表面温度始终在400℃以上，简直炼狱一般，这让它一举摘得“太阳系最热行星”称号。

　　于是我们发现，火星几乎是太阳系中最接近地球的行星。火星的自转周期约为24.6小时，与地球十分接近；自转轴与公转轨道面倾角约65°，存在四季变化，这也和地球相似；火星大气很稀薄，只有地球的1%，虽然表面温度平均仅为-63℃，但夏天阳光直射区域温度则可以上升到20℃，赤道附近的极端最高温度则有机会达到30℃左右！用最简单的一句话概括：太阳系宜居之所，唯地球与“荧惑”耳。

　　让人感到好奇与兴奋的，不仅仅是这些数据。近几年，人类在火星表面及轨道上部署了多个探测器，目前仍在工作的有“好奇”号（Curiosity，2011，美国）和“洞察”号（InSight，2018，美国）两个陆面探测器，以及“火星奥德赛”号（Mars Odyssey，2001，美国）、“火星快车”号（Mars Express，2003，欧洲）、火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter，2005，美国）、“火星任务”1号（Mangalyaan，2013，印度）、火星大气与挥发物演化任务（MAVEN，2014，美国）、火星微量气体轨道探测器（ExoMars Trace Gas Orbiter，2016，欧洲&俄罗斯）等6个轨道器，可以对火星开展24小时全天候不间断地观测。火星已经成为地球以外拥有在轨卫星最多的星球了。

　　通过这些探测器，我们推测出40亿年前火星上曾经有大片海洋与大河，我们发现了火星地下盐水湖，我们观察到火星表面可疑的液体季节性流动特征，我们侦测到火星大气中不明原因的甲烷含量激增现象……所知越多，未解越多，火星引发地球人越来越多的关注。

　　中国空间探索是时候走向深空了

　　新一轮深空探测的科学浪潮悄然兴起，这其中怎能少了中国的身影呢？

　　令人欣喜的是，“嫦娥”工程四战四捷，我们每一步都走得很扎实，积累了很多深空探测的经验，包括航天器及载荷的设计制造、轨道设计、远距离测控、路面巡视、长期运控、探测数据处理等。现在，是时候真正走出地球摇篮，走向更远的深空了。

　　我国的火星探测器由轨道器（卫星）、着陆器和巡视器（火星车）组成，一次任务实现“绕、落、巡”三大工程目标。环绕火星运行的轨道器上将搭载高、中分辨率相机、光谱仪、磁力计、表面雷达、离子和中性粒子探测仪等科学载荷；巡视器上将搭载探地雷达、光谱相机、小型气象站、磁场探测仪等载荷，这些仪器设备有望帮助我们建立起对火星全面而基础的认识。

　　当然，前往火星的路途充满险恶，比如长达7-8个月的飞行、全程约5亿公里的路途、40多分钟通话延时、着陆前约8分钟的持续制动，还有火星崎岖坚硬的表面和大范围沙尘暴，这些都是摆在我们面前的难题。

　　不过，我们去火星，不是因为那里好玩，也不是为了证明我们“到此一游”，而是因为我们对未知世界充满好奇，因为我们对困难敢于挑战。着陆火星仅仅是迈向深空的第一步，未来还会尝试从火星取样返回，也会向小行星、木星等其他天体派出探测器，探索更多的未知，破解更多的谜题。

　　□施韡（上海市天文学会副秘书长）