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纪实:“探路者”登上火星

(2004年02月09日 23:45:21)

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1997年7月4日是美国独立纪念日。在美国加利福尼亚州的帕萨迪纳喷气推进实验 室,数十名科学家焦急而激动地等在电脑显示屏前。按照计划,今天该是“火星探路 者”号太空船在火星上着陆的日子。 科学家们已经在忐忑不安中等待了整整一个早上,但直到正午,也没有得到“火 星探路者”号登陆的信息。 下午1时零7分(北京时间7月5日凌晨1时零7分),实验室收到了微弱的太空船着陆 成功的信号,科学家们激动不已。他们欢呼雀跃着向全世界宣布:在经过了 7个月的 49700 万公里的漫长航行之后,“火星探路者”终于在荒凉而壮观的火星上着陆了。 这是相距21年后再次有飞船登上这个陌生的红色星球,同时也标志人类探索火星的科 研活动进入了一个新纪元。

火星——和地球最相似的姊妹星

在太阳系的九大行星中,没有任何其它行星比火星和地球更为相像了。按照九大 行星距太阳由近至远的排列次序,地球排在第三,而火星排在第四,因此,它们可以 说是名副其实的姊妹星。 火星的体积只有地球的一半,平均直径为6787公里,而它的地心引力也仅是地球 的38%。和地球一样,火星也是自转和公转。它自转一周仅比地球多 37分钟,即需要 24小时 37分;但其公转的时间却比地球长得多,需要687天,这是由于它的近日点比 地球还要远5600万公里的缘故。火星有两个卫星,一个名叫佛伯斯,另一个叫戴摩斯, 这两个名字都取自古希腊神话中战神儿子的名字,意为畏惧和恐怖。因此,可以肯定, 火星卫星的名字也一定是由地球人给取的。 火星是一个呈红色的星球。人们从地球上遥望星空,除了地球的卫星月球和金星 以外,可以看到第三个亮的物体就是火星。根据人类对火星的探测,已知火星上有辽 阔的平原和高耸的死火山,还有古代河流侵蚀留下的干涸河床。但火星上的大气密度 只有地球的10%,其中95.3%为碳气,2.7%为氮气,1.6%为氩气,另外还有少量的氧气、 氧化碳和水蒸气,因此不适合人类居住。火星上的日温差很大,白天一般为22摄氏度, 但到了晚上就降到零下73摄氏度,在遇有低层大气天气时经常会刮起时速 200公里的 大风,很难为一般生物所适应。火星的大气层中没有热力,因此地面有如冰窖;火星 的外面也没有臭氧层,因此它无法挡住太阳紫外线的强烈照射。

挑战——人类探索火星的历史

人类对火星的兴趣早在17世纪初叶就开始了,那时候,一些科学观测家就想方设 法计算出火星一天的长度。作家威尔斯最早以文学家的眼光察觉到人类对火星的痴迷, 于99年前创作了小说《世界大战》。在书中,他首次对想象中的火星人相貌做了描述。 以后,那些小绿人多次成为好莱坞捕捉创作灵感的启迪。 火星的运行轨道是每两年和地球有一次最近点,但就是这段最近的距离,乘宇宙 飞船也要飞行二百多天才能到达。人类并没有因为这段漫长的航程而减少对火星的兴 趣,从本世纪60年代以来发达国家一直寻求着探索火星之谜的途径。 1962年,前苏联发射的“火星 1号”探测器首先对火星进行了探测。它在飞离地 球 1亿公里时与地面失去了联系,从此下落不明。但作为人类发射的第一个火星探测 器,它被公认为人类火星之旅的开端。1971年 5月,前苏联又发射了一系列火星探测 器,其中“火星2号”6个月后投下的探测仪器毁于火星表面;“火星 3号”登陆舱虽 然12月在火星上实现了软着陆,但仅送回22秒钟的信号就永远停止了工作。 继前苏联之后,美国也先后发射了“水手号”系列和“海盗号”系列,对火星进 行了探测拍摄。1965年7月15日,“水手4号”从距离火星1万公里处拍摄了21幅照片, 发现火星上既没有熔化的铁核也没有磁场,只是在表面有许多像月球表面那样的环形 山。1969年,“水手5号”和“水手6号”再次掠过火星。这次,它们拍摄的二百多幅 照片表明,火星表面温度要比预想的低得多,水蒸气更是少得令人难以相信。1971年, “水手 9号”飞船进入火星轨道,成为火星的第一颗人造卫星。它成功地拍摄了火星 的全貌,确认火星上并没有河流,其一半多山,而另一半则比较平坦。1976年 7月和 8月,美国的“海盗1号”和“海盗 2号”的着陆器相继成功登陆火星,并在那里工作 了好几年。它们分析了火星的土壤,测量了风速、气压和温度,并确定了火星的大气 成份,传回不少关于火星大气层表面的资料,但没有发现火星上有生命存在过的痕迹。 最近几年,美国和俄罗斯几次向火星发射卫星,虽然都无一例外地遭到了失败, 但人类探索火星奥秘的劲头却是有增无减。

登陆——“探路者”创下三个第一的纪录

“火星探路者”号太空船是美国宇航局花费了1.25亿美元完成的一项杰作,科学 家们的巧妙设计使它能够像子弹一样射出,以2.8万公里的时速穿过太空,然后以14.2 度倾角进入火星大气层。倾角的精度要求很严,因为角度过大会造成激烈摩擦导致太 空船焚毁,而角度过小则会使太空船掠过大气层飞离火星。 1996年12月4日,“火星探路者”离开地球向着火星挺进,经过213天的冲刺,最 后以 26460公里的时速向火星疾冲而下。美国科学家为太空船精心选择的着陆地点是 一片长200公里、宽70公里的干涸河床,那里地势平坦,适合秒速仅1厘米的六轮探测 车到处走动。同时,这里的风力也较弱,可以避免尘粒干扰传回地球的图像。 在冲到距火星地面10公里左右的高度时,“火星探路者”的感应器启动了一具硕 大的降落伞,它以比地心引力大20倍的阻力使太空船在一分钟内时速骤减到1610公里 至1285公里。此时,距着陆还有 100秒,多枚小火箭反向点燃,使得冲速更加缓和。 紧接着,隔热罩张开,以免太空船前端过热。着陆前8秒,太空船距火星只有1.7公里, 24个直径约1米的气囊迅速膨胀,紧紧地护住了高 0.9米、重800多公斤的“火星探路 者”。4秒钟后,太空船降到离火星 40米的高度,数枚自动点燃的反向制动火箭切断 了降落伞,太空船以40公里的时速冲向火星地面。此时,气囊起了很好的缓冲作用, 太空船在地上弹跳了十多米,而后,又弹跳了十多次才完全停稳。 15分钟后,气囊排气收缩完毕,“火星探路者”张开三片六角形太阳能板,伸出 并启动天线、摄影机、天气感测器和其它仪器。太空船着陆的时候,火星上正是黑夜, 到处一片漆黑。3 个小时后,太阳升起,太空船开始利用太阳能发电,陆续向地面发 回了一系列重要信息。晚上 8时,地球上的科学家们收到了“火星探路者”发回的邮 票般大小的第一张黑白照片,稍后,彩色照片也开始一张张传回地面接收站。从照片 中,可见近距离许多黑色的鹅卵石及远处起伏崎岖的山丘,天空则是一片淡红。此次, 太空船上一架 3D摄影机完整地拍摄了周围360度的景象,所有的照片都显示出火星是 一片贫瘠的荒漠。 根据计划,“火星探路者”在登陆后将连续工作一个月,其目的主要是研究火星 地表地质的形成和结构,探测火星岩石成分与矿物特征,报告气候与大气状态。届时 它会传回大量降落点的照片及火星成分和大气层的数据。探测车“漫游者号”则由科 学家在地球遥控,在太空船四周一个足球场大的范围内移动,工作目标是为火星地表 的有趣岩石拍摄并分析其化学成分。“漫游者号”可以攀爬30度的斜坡,越过高约20 厘米的石块,并可侦测出过度倾斜高地并在翻车前停驶,它的工作期限是一周。 当然,“火星探路者”着陆后也出了一点小小的故障,那是当探测车“漫游者号” 从太空船中驶出的时候,被一个没有及时收回的气囊绊住了一个车轮,这使得它无法 按原定计划走上火星探测。地面的科学家们立即指示“火星探路者”提起瓣状的外壳, 用电马达尽量将气囊拉开。但没想到此时软件出了问题,“火星探路者”和“漫游者 号”互不识别通讯系统。地面控制人员立刻重新设定探测车的数据机。12小时后故障 被彻底排除,“漫游者号”慢悠悠地开始了在火星上的漫游。 这次“火星探路者”号太空船在火星的着陆同时创下了三个第一的纪录:它是第 一个没有围绕火星运行而直接在火星着陆的太空飞行器;它是第一个在超音速 (时速 1600公里 )速度下使用降落伞的飞行器;它是第一个使用类似汽车使用的气囊做气垫, 以减轻着陆时冲击的飞行器。

生命——人类探索火星要揭示的一个谜团

火星上到底有没有生命,这是人类一直要探究的一个重要谜团。当然,以火星现 在的自然条件来看,生物存在的迹象是微乎其微,但是若干年、上亿年前呢? 人们还 是禁不住地要问。 1996年 8月,科学家利用在南极发现的一块45亿年前的陨石所做的大量研究宣布: 这块陨石中的气体成份与火星大气层的成份极其相似,因此可以确定它来自火星。科 学家还透露,这块陨石内含有他们认为可能是微生物化石的证据,表明火星可能在36 亿多年前曾存在生命。这一宣布,曾在科学界引起反响,而今天,更多的科学家把他 们对火星生命之谜的研究寄托在“火星探路者”传回的资料上。 根据“火星探路者”最近发回的照片,火星淡红色的地表上散布着大大小小的灰 色岩石,还有高约 500米的山丘,其景象是一派荒僻的壮观,无怪乎美国人大呼:除 了没有仙人掌和灌木丛外,简直就是美国西部风光的再现。 对于火星上是否存在生命的问题,科学界至今看法不一。美国科学家分析,在太 空船着陆的火星阿端斯平原数十亿年前曾发生过特大洪水,这本身就证明火星上曾经 有过生命。英国科学界也认为,从目前传回的照片看,火星确实存在过生命,火星的 地表条件有可能让微生物存活。但也有科学家并不过早地下结论,他们认为,单有洪 流的存在并不能说明火星上有过生命,关键是要找到静止的水曾经存在的证据。迄今 为止,在火星上的探测还没发现过哪里有水。因此有科学家推断:即使火星上有一些 生物存在,它们也只能躲在地面深层以下。 当然,科学家们也一致认为,光靠照片研究火星地表还不能探寻出生命问题。他 们希望美国能按计划在2005年将一个能够返回地球的太空飞船送上火星。届时,人们 在地球上就能研究火星上的岩石和土壤样本,从而探测出火星命运改变的原因,并为 防止地球发生类似的变化而提供一些有效的手段和建议。

未来——人类将打破火星多年来的沉寂

探索宇宙之奥秘原本就是一项颇具挑战性的事业,何况是在高新技术层出不穷的 今天。 今后,寂寞了许多世纪的火星将会频频接待来自地球的不速之客。继“火星探路 者”之后,1997年9月,美国于1996年11月发射的“观察者号”进入火星轨道,开展 预定的测量火星地形工作;明年,日本计划在7月发射“行星B号”卫星,对火星展开 全面探测,而美国则定于12月发射“观察者1998年号”,对火星的大气层和土壤进行 专门研究;时过一个月,美国将按计划再发射“观察者1999”。 进入21世纪,俄罗斯将首先发射登陆火星的太空船“火星2001号”,探索火星有 无蓄水,并分析一些火星表面的矿物质,而美国的“观察者2001年号”则希望到火星 有冰的南北极去采集样本;到2003年,美国还要发射一颗“观察者2003年号”,测试 自火星携带回的土壤样本所需的技术,欧洲也将发射采取火星土壤样本的太空船;两 年后,美国的“观察者2005年号”将把智能机(机器人)送上火星,采集土壤样本并带 回地球进行研究。也许通过土壤样本与编号ALH84001的火星陨石进行比较,可以获得 一些惊人的发现。2007年和2013年,美国也有再次探索火星的计划。如果这些探测火 星的试验都能成功的话,那将有助于美国太空总署下决心把人送上火星进行实地考察, 就像30年前他们把阿波罗号载人飞船送到月球探测一样。




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