新一輪深空探測的科學(xué)浪潮悄然興起，這其中怎能少了中國的身影呢？
近日，媒體記者從中國科學(xué)院院士歐陽自遠(yuǎn)處獲悉，中國將于2020年探測火星，通過火星衛(wèi)星、火星著陸器、火星車天地聯(lián)合探測火星，目前火星車已經(jīng)做好。這一消息一經(jīng)披露，旋即引發(fā)了廣泛關(guān)注。
2020年是火星探測窗口期
在西方，火星曾被認(rèn)為是戰(zhàn)神瑪爾斯的化身；在中國，火星因為行蹤不定而被稱為“熒惑”，甚至古書上有“熒惑守心，天責(zé)帝君”“熒熒之火，離離亂惑”等描述。總之，自古以來，火星給人神秘、兇險的感覺。
即便在科學(xué)層面，火星也曾給人許多困惑。丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫的觀測精度達(dá)到了1角秒，那是望遠(yuǎn)鏡發(fā)明前的最高水準(zhǔn)，卻發(fā)現(xiàn)對火星位置的預(yù)報誤差達(dá)到了令人難以接受的8角秒，甚至連哥白尼的日心說也因此遭遇巨大挑戰(zhàn)。后來，開普勒提出行星運動軌道應(yīng)當(dāng)是橢圓，才讓此問題迎刃而解。
我們目前對火星軌道的了解足以解釋它“鬼魅行蹤”。火星的軌道是個相對較扁的橢圓，偏心率達(dá)到0.0934。相較而言，地球軌道偏心率只有0.0167，屬于非常圓的了。因此，火星和地球之間的距離跨度在0.546億公里-4.01億公里之間，就算是兩者接近時距離變化范圍也達(dá)到0.55億公里-1.02億公里。
由此，可以推測，我們每次見到火星時，它的個頭時大時小，它的運行速度也時快時慢，確實讓人難以捉摸。此外，火星公轉(zhuǎn)周期約為687天，接近2個地球的回歸年，這就導(dǎo)致我們不可能每年都能見到火星。具體來說，平均間隔約26個月，火星才會再一次接近地球。難怪古人謂之“惑”。
當(dāng)你明白了這個道理，也就不難理解為什么我們要隔一年才能發(fā)射一次火星探測器，這就是航天工程上所說的“發(fā)射窗口”。
2014年美國航天局的“馬文”號（MAVEN，火星大氣與揮發(fā)物演化任務(wù)）和印度的“火星飛船”先后到達(dá)火星；2016年歐空局ExoMars任務(wù)無人探測器抵達(dá)火星；2018年美國航天局的“洞察”號探測器成功著陸火星。
你看，是不是每兩年才有一次機(jī)會前往火星呢？所以，可以想見，2020年又將是一個“火星大年”，各個航天大國、航天機(jī)構(gòu)都在摩拳擦掌，打算同臺比拼。
目前已知的發(fā)射計劃包括美國航天局的“火星2020”火星車（Mars 2020 rover）、歐空局的“羅薩琳·富蘭克林”號火星車（Rosalind Franklin rover）、阿聯(lián)酋的“希望”號軌道探測器（Mars Hope orbiter）。2019年1月14日，中國航天局在國新辦舉行的記者會上表示我國首次火星探測任務(wù)也將于2020年前后實施。
多國已啟動火星探測計劃
是什么導(dǎo)致那么多的探測器都將火星作為“考察目的地”呢？原因很簡單，火星是太陽系中除地球以外“最有希望的”行星。
太陽系是一個大家庭，擁有八大行星，然而只有水星、金星、地球和火星是固態(tài)行星，這就淘汰了一半。水星離太陽太近，又無大氣，不適合生存。金星的大氣太過濃密，大氣壓強(qiáng)超過地球90倍，而且充滿CO2、SO2等溫室氣體，不論何時何地表面溫度始終在400℃以上，簡直煉獄一般，這讓它一舉摘得“太陽系最熱行星”稱號。
于是我們發(fā)現(xiàn)，火星幾乎是太陽系中最接近地球的行星。火星的自轉(zhuǎn)周期約為24.6小時，與地球十分接近；自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軌道面傾角約65°，存在四季變化，這也和地球相似；火星大氣很稀薄，只有地球的1%，雖然表面溫度平均僅為-63℃，但夏天陽光直射區(qū)域溫度則可以上升到20℃，赤道附近的極端最高溫度則有機(jī)會達(dá)到30℃左右！用最簡單的一句話概括：太陽系宜居之所，唯地球與“熒惑”耳。
讓人感到好奇與興奮的，不僅僅是這些數(shù)據(jù)。近幾年，人類在火星表面及軌道上部署了多個探測器，目前仍在工作的有“好奇”號（Curiosity，2011，美國）和“洞察”號（InSight，2018，美國）兩個陸面探測器，以及“火星奧德賽”號（Mars Odyssey，2001，美國）、“火星快車”號（Mars Express，2003，歐洲）、火星勘測軌道飛行器（Mars Reconnaissance Orbiter，2005，美國）、“火星任務(wù)”1號（Mangalyaan，2013，印度）、火星大氣與揮發(fā)物演化任務(wù)（MAVEN，2014，美國）、火星微量氣體軌道探測器（ExoMars Trace Gas Orbiter，2016，歐洲&俄羅斯）等6個軌道器，可以對火星開展24小時全天候不間斷地觀測。火星已經(jīng)成為地球以外擁有在軌衛(wèi)星最多的星球了。
通過這些探測器，我們推測出40億年前火星上曾經(jīng)有大片海洋與大河，我們發(fā)現(xiàn)了火星地下鹽水湖，我們觀察到火星表面可疑的液體季節(jié)性流動特征，我們偵測到火星大氣中不明原因的甲烷含量激增現(xiàn)象……所知越多，未解越多，火星引發(fā)地球人越來越多的關(guān)注。
中國空間探索是時候走向深空了
新一輪深空探測的科學(xué)浪潮悄然興起，這其中怎能少了中國的身影呢？
令人欣喜的是，“嫦娥”工程四戰(zhàn)四捷，我們每一步都走得很扎實，積累了很多深空探測的經(jīng)驗，包括航天器及載荷的設(shè)計制造、軌道設(shè)計、遠(yuǎn)距離測控、路面巡視、長期運控、探測數(shù)據(jù)處理等。現(xiàn)在，是時候真正走出地球搖籃，走向更遠(yuǎn)的深空了。
我國的火星探測器由軌道器（衛(wèi)星）、著陸器和巡視器（火星車）組成，一次任務(wù)實現(xiàn)“繞、落、巡”三大工程目標(biāo)。環(huán)繞火星運行的軌道器上將搭載高、中分辨率相機(jī)、光譜儀、磁力計、表面雷達(dá)、離子和中性粒子探測儀等科學(xué)載荷；巡視器上將搭載探地雷達(dá)、光譜相機(jī)、小型氣象站、磁場探測儀等載荷，這些儀器設(shè)備有望幫助我們建立起對火星全面而基礎(chǔ)的認(rèn)識。
當(dāng)然，前往火星的路途充滿險惡，比如長達(dá)7-8個月的飛行、全程約5億公里的路途、40多分鐘通話延時、著陸前約8分鐘的持續(xù)制動，還有火星崎嶇堅硬的表面和大范圍沙塵暴，這些都是擺在我們面前的難題。
不過，我們?nèi)セ鹦牵皇且驗槟抢锖猛妫膊皇菫榱俗C明我們“到此一游”，而是因為我們對未知世界充滿好奇，因為我們對困難敢于挑戰(zhàn)。著陸火星僅僅是邁向深空的第一步，未來還會嘗試從火星取樣返回，也會向小行星、木星等其他天體派出探測器，探索更多的未知，破解更多的謎題。（上海市天文學(xué)會副秘書長 施韡）