火星为何对人类如此重要?

The planet Mars showing showing Terra Meridiani is seen in an undated NASA image. NASA will announce a major science finding from the agency?s ongoing exploration of Mars during a news briefing September 28 in Washington REUTERS/NASA/Greg Shirah/Handout THIS IMAGE HAS BEEN SUPPLIED BY A THIRD PARTY. IT IS DISTRIBUTED, EXACTLY AS RECEIVED BY REUTERS, AS A SERVICE TO CLIENTS. FOR EDITORIAL USE ONLY. NOT FOR SALE FOR MARKETING OR ADVERTISING CAMPAIGNS - TM3EB9S0TGE01
We have a love and fear relationship with Mars.Image: REUTERS/NASA/Greg Shirah
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又一次成功着陆,地点是火星,NASA的“洞察号”探测器已于昨天着陆。这项最新任务将继续探索这颗行星上许多仍未解开的谜团。

从地球上看,夜空中那颗鲜红的亮点,自人类开始思索宇宙以来,就一直吸引着我们的目光。

望远镜带来的首次观测让我们更清楚地看到了火星:两极覆盖着冰,热带地区则呈现出深浅不一的红色和黑色。

NASA的“洞察号”(利用地震调查、测地学和热传输进行内部探索)任务应能让我们更多了解火星内部,以及这颗行星如何形成。

小心火星人

关于火星,最引人好奇的记述或许来自意大利天文学家乔瓦尼·斯基亚帕雷利。1877年,他观察到火星表面有一片密集的线状结构网络,并用意大利语称之为“canali”,意为“水道”。

Image: NASA/弗拉马里翁,《火星》

但一些英语使用者误将这个词理解为“运河”,暗示这些结构是火星人建造的。

1938年,我们对火星又爱又怕的情感升到了另一个层次。当时,奥逊·威尔斯播出了一部逼真得令人不安的改编作品,取材于H·G·威尔斯的经典小说《世界大战》。

万圣节之夜播出的火星人入侵地球节目,显然让美国一些听众陷入恐慌,因为他们把虚构当成了事实(1975年的电影《让美国陷入恐慌的夜晚》讲述了这个故事)。恐慌究竟有多严重,至今仍有待商榷。

H·G·威尔斯的1898年小说此后启发了不少好莱坞电影、电视剧和音乐剧,其中包括史蒂文·斯皮尔伯格2005年的电影《世界大战》。

近距离观察火星

火星的首批近距离图像摄于1965年,当时水手4号飞船飞掠这颗行星;随后,水手9号于1971年进入火星轨道。

Image: NASA

两艘飞船都显示,火星是一个寒冷、荒凉、类似沙漠的世界。在这些任务之前,我们只能通过望远镜观察火星,而这颗行星是否宜居(或已有生命居住)仍是个未解之谜。

我至今记得,小时候看电视节目播放海盗号任务的图像;该任务于1976年将两艘探测器送上火星。

节目没有谈论人类首艘成功着陆火星的航天器,也没有展示它从另一颗行星表面传回的图像和科学数据,反而花了很长时间介绍火星表面一处看起来像人脸的地貌,以及类似金字塔的结构。

Image: NASA/JPL

那些图像确实影响了我,也让我开始着迷于火星乃至整个太空。

海盗号着陆器留下的主要成果,是首次对火星表面进行地球化学特征分析,并详细分析了火星大气的成分。

海盗号的发现从许多方面看都令人惊叹,但也令人失望,因为结果表明火星是一颗干燥的行星,遍布原生岩石;如果有水,这些岩石本会转化为矿物。

Image: NASA/JPL

地表照片没有显示任何生命迹象——看不到小灌木,看不到岩石上的一丝苔藓,也看不到对着镜头微笑的绿色小人。

在某种意义上,我们对火星失去了兴趣,直到它用陨石“攻击”了我们。

来自火星的岩石

行星和月球上的岩石以及陨石,都留有表明其来源的化学线索。因此,我们能够判断一块陨石来自月球、火星还是其他地方。

在南极洲发现的一块陨石(名为ALH84001)被科学家确认来自火星。

Image: NASA/JSC/斯坦福大学

地球上能发现火星陨石,是因为一颗大型陨石很可能撞击了火星,并在撞击过程中将火星表面的碎片抛入太空。

其中一些碎片足够大,得以进入地球大气层,并在之后被发现。ALH84001主要由碳酸盐构成,这是一种形成时需要水的矿物。因此,我们可以间接得出结论:火星曾经有水。

更有意思的是,这张来自火星的“明信片”上有一些极其微小的结构,看起来像地球上发现的某些细菌。

Image: NASA

科学家仍在争论这些结构是否为火星化石。但ALH84001的发现和分析让我们重新把目光投向火星。现在轮到我们反击了。

火星车探测任务

随后,NASA宣布了首个火星车任务,名为“火星探路者”。它携带的火星车“旅居者”大小约如微波炉,于1997年在火星着陆。

来看看火星周围的景象。

火星车取得的结果与海盗号发现的相当相似,表明火星过去和现在都非常干燥。此后,人们投入大量精力,通过轨道飞行器获取更多火星表面图像,并为未来搭载的有效载荷选择着陆地点。

在讨论了174多个潜在着陆点后,参与火星研究的科学家和工程师进行商议,最终选定了两处地点,让两辆大型火星车着陆:“勇气号”和“机遇号”。

经过七个月的行星际航行,两辆火星车于2004年1月着陆。“勇气号”取得的初步结果与海盗号和火星探路者任务的发现相似。

“机遇号”取得了首批突破性成果,发现了黄钾铁矾和赤铁矿:这两种矿物的形成都需要水和酸性环境。

这对双胞胎火星车远远超出了制造商提供的保修期(三个月),并改变了我们对火星过去的认识。

Image: NASA/JPL-加州理工学院/康奈尔大学/亚利桑那州立大学

着陆之前,我们还不知道火星是否曾经有水。如今我们知道,火星上曾经有过与死海一样咸的海洋,还有温泉和淡水溪流。

火星上不仅曾经有水,水还以不同形态存在。火星曾在足够长的时期内具备理想条件,足以让生命形成并演化。至少我们可以说,火星曾经适宜居住。

“勇气号”运行了六年;“机遇号”运行了15年后,官方仍称其任务在继续。

这段时间里,一艘名为“凤凰号”的着陆器降落在火星北半球、靠近北极的卡斯蒂塔斯博雷阿利斯绿谷。“凤凰号”的关键发现是检测到微量的高氯酸盐,这是一种能强力杀灭细菌的盐。

Image: NASA/JPL-加州理工学院/亚利桑那大学/德克萨斯农工大学

尽管这些任务对我们认识火星影响深远,但还有不少我们希望使用、却无法装进火星车的仪器。

建造一座装备齐全的火星实验室这一设想,促使科学家提出了一项新任务:火星科学实验室,配备一辆更大的火星车。它装有能够远距离分析岩石的激光束、岩石研磨机和分析仪,可更详细地分析火星岩石、土壤和大气的特征。

“好奇号”火星车也发现了高氯酸盐;它隶属于火星科学实验室任务。此外,一块名为EETA79001的火星陨石上也发现了高氯酸盐,这表明这些能杀灭细菌的盐可能广泛分布于火星各处。

再探火星:洞察号

过去50年间,人们对火星表面有了许多发现,但对其地下或内核知之甚少。即将登陆火星的“洞察号”任务正是为此而来。

这项任务由NASA深空网络提供支持,其中包括我们在堪培拉的站点,该站点由澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)代表NASA管理。“洞察号”团队希望了解火星深部是如何形成的,以及它与金星、水星、月球、地球等其他岩石天体,或其他恒星系统中的系外行星有多相似。

这是首个旨在探测火星深部的任务。“洞察号”载荷包括一台地震仪和一个温度探测器。

未来将以采样返回任务为主:这类航天器能够在火星着陆,并将样本带回地球(类似俄罗斯曾在月球上开展的任务);与此同时,我们也将努力让宇航员亲自踏上火星进行探索。

我们还没有实现这一目标所需的技术。CSIRO的《航天产业路线图》描绘了前方挑战的一部分,概述了未来探索所需的一些关键技术,以及澳大利亚企业和大学在这一努力中能够作出的独特贡献

探索太阳系演化之谜的征程仍在继续,而我依然面对着许多尚无答案的问题。希望“洞察号”能为其中一些问题带来答案,但对于我们头顶上方、距离太阳第四近的行星火星,还有许多值得了解的地方。

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