北京時(shí)間11月6日凌晨，美國航空航天局（NASA）宣布了火星大氣與揮發(fā)物演化探測器（馬文號）的重要發(fā)現(xiàn)——過去40億年，太陽風(fēng)帶走了火星大氣。

　　頻頻宣布火星重大發(fā)現(xiàn)，NASA要干大事？中科院國家天文臺副研究員、科普專家鄭永春表示，太陽系中，火星的自然環(huán)境與地球最相似，是唯一經(jīng)改造后適合人類長期居住的天體。自9月28日NASA宣布在火星表面發(fā)現(xiàn)液態(tài)水后，更多跡象表明火星可能擁有適宜生命存在的環(huán)境。而NASA的雄心，正是實(shí)現(xiàn)人類登陸火星的夢想。

　　“美國計(jì)劃2035年左右將航天員送上火星?！焙教鞂＜摇ⅰ秶H太空》雜志執(zhí)行主編龐之浩告訴科技日報(bào)記者。

　　火星大氣去哪兒了？

　　“經(jīng)過幾十年的火星探測，包括軌道器、著陸器和火星車的探測，火星探測的新發(fā)現(xiàn)不斷沖擊人類的想象力，給我們帶來探索未知世界的驚喜。”鄭永春說。

　　隨著對火星的逐步了解，人類也逐漸發(fā)現(xiàn)火星的內(nèi)部、表面和大氣之間的相互聯(lián)系?；鹦鞘欠窬哂羞m合人類移居的潛力？是否存在大規(guī)模的水？氣候是如何變遷的？鄭永春表示，要回答這些問題，關(guān)鍵是了解火星不同系統(tǒng)間相互關(guān)系的變化歷史。

　　之前的探測已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，火星曾經(jīng)有過大規(guī)模液態(tài)水，這要求火星有濃厚的二氧化碳大氣層，以實(shí)現(xiàn)液態(tài)水所需的溫室效應(yīng)。而大氣逃逸，消散到太空中，可能是火星氣候變化的主要原因。

　　“馬文號就是通過測量火星高層大氣與太陽和太陽風(fēng)的相互作用，研究火星大氣逃逸過程?！编嵱来赫f。

　　他介紹，地球由于有磁場的保護(hù)，帶電的太陽風(fēng)離子無法直接抵達(dá)地球大氣層。而火星沒有全球性磁場，太陽風(fēng)可以直接抵達(dá)，驅(qū)趕其高層大氣中的帶電離子。馬文號測量了火星大氣中離子的總逃逸速率及速率變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)過去40億年中，火星大氣粒子逃逸對氣候變遷有巨大影響。

　　火星大氣逃逸主要發(fā)生在三個(gè)區(qū)域：一是火星背面，占逃逸總量的75%；二是在極區(qū)上空，約占25%。還有極少部分從環(huán)繞火星的延展云層流失。

　　除了太陽風(fēng)，不時(shí)出現(xiàn)的太陽風(fēng)暴對火星大氣產(chǎn)生的影響更為顯著。尤其在太陽系形成早期，太陽風(fēng)暴出現(xiàn)的幾率更頻繁?！爱?dāng)太陽風(fēng)暴擊中火星大氣層時(shí)，大氣逃逸速率將提高10%至20%。平均每秒有大約100克大氣被吹走，相當(dāng)于一個(gè)面包的質(zhì)量?！编嵱来赫f。

　　“理解火星大氣發(fā)生了什么，有助于我們理解任何行星大氣的動(dòng)態(tài)和演化。什么讓火星大氣從可以支撐微生物存在到無法支撐其存在，這是NASA火星任務(wù)要解決的關(guān)鍵問題之一?！盢ASA科學(xué)任務(wù)理事會(huì)副行政官約翰·格倫斯菲爾德表示。

　　一點(diǎn)點(diǎn)揭開火星的神秘面紗

　　“火星是美國太陽系探測戰(zhàn)略的核心?！编嵱来赫f。他介紹，迄今為止世界各國共進(jìn)行40多次火星探測，其中約三分之二以失敗告終。但美國對火星探測保持著極高的成功率，接二連三的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)使其占據(jù)著全球深空探測領(lǐng)導(dǎo)地位。

　　2002年1月，洛克希德·馬丁公司研制奧德賽探測器進(jìn)入火星環(huán)繞軌道。除承擔(dān)機(jī)遇號、勇氣號火星車及鳳凰號著陸器與地球之間通信中繼任務(wù)，它還探測了數(shù)種元素的全球分布及其含量，并尋找火星表面水與火山活動(dòng)的痕跡。

　　2004年1月，機(jī)遇號和勇氣號火星車在火星降落。經(jīng)歷了數(shù)年探險(xiǎn)，勇氣號于2010年停止工作，機(jī)遇號至今仍在運(yùn)轉(zhuǎn)。2013年5月，機(jī)遇號在一塊名為“埃斯佩朗斯6號”的巖石中發(fā)現(xiàn)了豐富的粘土礦物，這些礦物富含鋁，很像地球上的微晶高嶺石，說明當(dāng)時(shí)流經(jīng)巖石縫隙的水是中性的?？娠嬘盟陌l(fā)現(xiàn)，成為支持火星生命誕生的重要證據(jù)。

　　如今的火星表面是一片不毛之地，但2004年歐空局發(fā)射的火星快車發(fā)現(xiàn)火星曾經(jīng)有水。2012年2月，火星快車探測了火星地表以下60至80米的情況，發(fā)現(xiàn)一層低密度物質(zhì)，可能是某種富含冰的沉積物，與地球海床中的沉積物類似。這層物質(zhì)正好位于此前發(fā)現(xiàn)的火星海岸線以內(nèi)，可以推測，如今干涸的火星北部平原在數(shù)十億年前可能是一片汪洋。

　　2008年5月，鳳凰號在火星北半球著陸。它在北極附近的永久凍土帶采集和分析土壤樣本，首次證實(shí)火星上有水存在。它還發(fā)現(xiàn)火星土壤中含有許多微生物賴以生存的化學(xué)物質(zhì)——高氯酸鹽。

　　2012年8月，好奇號帶著探索火星是否適宜生命生存的使命，降落在火星蓋爾坑內(nèi)中心山脈的山腳下。不久后，它發(fā)現(xiàn)曾存在于36億年前的“黃刀灣淡水湖”，并在湖底沉積物中發(fā)現(xiàn)了碳、氫、氧、硫、氮、磷等關(guān)鍵生命元素，表明此處在理論上可以支持簡單微生物的生存。

　　2013年11月發(fā)射的馬文號，目標(biāo)是探索火星氣候演化歷史，研究火星環(huán)境如何從類似地球的樣子演變?yōu)槿缃竦牟幻亍｀嵱来航榻B，馬文號在運(yùn)行期間，至少5次從數(shù)千公里的高空沖下，一頭扎進(jìn)火星大氣層，在距離火星表面僅124公里的低空呼嘯而過，以“品嘗”火星大氣層的“味道”。“此次馬文號對火星大氣消失之謎的關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)，將有助于進(jìn)一步了解火星，并為20年后實(shí)現(xiàn)人類登陸火星提供重要依據(jù)。”他說。

　　登陸火星仍困難重重

　　“除了宣布關(guān)于火星大氣逃逸的新發(fā)現(xiàn)，NASA已經(jīng)為載人登陸火星開始了準(zhǔn)備?！饼嬛普f。

　　他介紹，NASA正在利用火星探測軌道器尋找合適的登陸點(diǎn)，該地點(diǎn)要能滿足多名航天員長期駐留，周圍直徑200公里范圍將作為探索區(qū)域。

　　同時(shí)NASA在探索新的火星著陸技術(shù)。龐之浩表示，對于上噸重的探火載人飛船，現(xiàn)有技術(shù)無法滿足其著陸需求。為此NASA正在研究新的大型降落傘，同時(shí)計(jì)劃以充氣方式擴(kuò)大著陸器面積，增大其阻力。相關(guān)試驗(yàn)已經(jīng)開展了幾次，取得了一定成果。

　　在火箭方面，“太空發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）正在穩(wěn)步研制中。龐之浩說，這是NASA為載人登陸小行星及探測火星而準(zhǔn)備的重型運(yùn)載火箭，第一階段近地軌道運(yùn)載能力能達(dá)到70多噸，第二階段將超過130噸。與此同時(shí)，美國太空探索技術(shù)公司也在研制重型火箭，其“超級獵鷹”火箭的近地軌道運(yùn)載能力或?qū)⑦_(dá)到170噸。

　　此外NASA已經(jīng)準(zhǔn)備為探索火星組建團(tuán)隊(duì)，將在全美范圍內(nèi)招募航天員，計(jì)劃在2017年公布成員名單。

　　不過，人類要想登上火星，仍面臨很多困難。

　　龐之浩說，航天員長期處于狹小環(huán)境，很容易對心理產(chǎn)生影響，對此科學(xué)家一直在開展研究。俄羅斯于2010年開展了“火星500模擬太空試驗(yàn)”第三階段試驗(yàn)，讓包括中國航天員科研訓(xùn)練中心宇航員教員王躍在內(nèi)的6名志愿者，在密封空間生活了520天，模擬飛往火星、環(huán)繞火星、登陸火星和返回地球全過程。美國也將開展類似試驗(yàn)，計(jì)劃用上百天時(shí)間模擬火星飛行。

　　然而這種試驗(yàn)只能針對航天員的心理影響，對生理方面如長期失重環(huán)境對心臟、骨質(zhì)、肌肉的影響，空間輻射帶來的影響等還難以模擬。俄羅斯提出了動(dòng)物試驗(yàn)方案，據(jù)說還訓(xùn)練了一只會(huì)操作儀器的猴子。美國暫無這方面計(jì)劃。

　　火星服的研制也是難題。龐之浩說，火星服跟普通艙外航天服的要求不一樣，因?yàn)榛鹦侵亓Υ蠹s相當(dāng)于地球的三分之一，目前的艙外航天服重約120公斤，即使在火星上也有40公斤，穿上幾乎無法工作。因此火星服首先要更輕，同時(shí)要能防風(fēng)沙，以抵御火星上強(qiáng)烈的沙塵暴。

　　此外他表示，在能源方面，如果飛船利用太陽能，其電池表面很容易被火星沙塵覆蓋，將影響電能。好奇號成功采用了核能，但對載人飛船而言，其輻射可能損害航天員的健康。美國曾開展“普羅米修斯”計(jì)劃研制核動(dòng)力載人火星飛船，其飛行速度可達(dá)每小時(shí)8.7萬公里，相當(dāng)于常規(guī)載人飛船的3倍，但技術(shù)上存在嚴(yán)重隱患——航天員每天所受的輻射相當(dāng)于作8次X光透視。這項(xiàng)計(jì)劃后來被終止。

　　“現(xiàn)在美國和俄羅斯都在重新研究核動(dòng)力飛船?！饼嬛普f，常規(guī)載人飛行器從地球飛到火星需要8至10個(gè)月時(shí)間，前述失重、受輻射、心理影響等問題，歸根結(jié)底都是飛行時(shí)間太長所致?！叭绻艽蠓s短飛行時(shí)間，這些問題將迎刃而解，為航天員‘吃喝拉撒’而帶的‘行李’也能大大減少?！辈贿^他表示，安全可靠的核動(dòng)力載人飛船何時(shí)能問世，目前還無法預(yù)期。因此美國要在2035年左右登陸火星，仍主要立足于正在研制的SLS火箭和獵戶座飛船。

　?。ㄔd于《科技日報(bào)》 2015-11-07 01版）