中美阿齐飞火星！为什么是火星，它会成为第二个地球吗？

　　又到每26个月一次的火星发射季，中、美、阿联酋齐发火星探测器。根据谁先到谁先开发的原则，迅速开展火星探测是未来开发利用火星资源的基础。但为什么是火星，它会成为第二个地球吗？

　　和地球邻近的行星。左起：水星、金星、地球、火星 | NASA

　　作者 | 林文杰

　　7月20日凌晨5点58分（北京时间），阿联酋首颗火星探测器“希望号”由日本运载火箭发射升空。据预计，它将经过200多天的飞行，于2021年2月抵达火星。

　　这是一颗火星气象卫星，设计寿命2年，主要目标是研究火星气候演变以及天气状况，例如沙尘暴等。

　　“希望号”在日本种子岛航天中心发射升空 | 来自网络

　　与此同时，中国的“天问一号”火星探测器和美国宇航局（NASA）的“毅力号”火星车也正整装待发，预计在8月15日之前完成发射。

　　“天问一号”是中国首次独立自主执行的火星探测任务，据国家航天局、中国空间技术研究院最新消息，“天问一号”目前已经抵达发射场。

　　执行本次发射任务的是中国现役运力最强火箭——长征五号。强大的推力可以让它将探测器发射到足够高的轨道，进而飞向火星。7月17日上午，长征五号遥四（指第四次任务）已被垂直转运到文昌发射场的发射区。它将在这里进行功能检查和各种测试，发射前才会加注推进剂。

　　这也是我国运载火箭首次执行地-火转移轨道发射。自2016年1月火星探测项目立项之后，我国在短短4年内建立起探测火星的基础体系，并一次性发射轨道器（环绕飞行器）、着陆器和火星车，引世界瞩目。

　　“天问一号”着陆器和火星车（概念图） | 中国航天

　　那么问题来了，为什么是火星，火星会成为第二个地球吗？

　　为什么选择火星？

　　在过去20年内，中国航天将注意力集中在嫦娥工程上，对月球实施了绕、落、回三步走战略，即：绕月飞行，月面软着陆，采样返回。目前执行到最后一步，即将发射的嫦娥5号将把月球上的岩石带回地球，完成“回”的操作。

　　随着国际深空探测向火星等地月系之外的天体看齐，我国也启动了行星探测计划。

　　火星作为距离地球最近的行星，且美国宇航局发现火星上有季节性液态水，因此成为行星探索的热门之地。中国行星探测计划在2020年4月24日的中国航天日上公布了火星探测的任务名称和标识。至此，火星成为了中国行星探测的第一站。

　　2015年，NASA发现火星表面活跃着季节性波纹，表明其上存在液态水（图：Garni撞击坑上的波纹）。| NASA

　　在天问一号项目启动之前，美国宇航局、欧洲航天局都对火星进行了深入调查，掌握了火星表面的大部分地貌情况，并且对火星大气有了深入研究，揭开了火星大气稀薄的奥秘。马斯克的星舰计划更是计划在火星上建造人类第一个外星殖民地，要移民100万人到火星定居。

　　在这个背景下，中国行星探测第一站选择火星也是一种必然。从外空资源开发的角度看，遵循谁先到谁先开发的原则，中国迅速建立火星探测任务体系，也是为今后火星资源的利用奠定基础。

　　火星有可能成为人类的新家园？

　　马斯克的星舰计划要移民100万人到火星，目前已经进行了至少11次测试，原型机建造到星舰SN9阶段，预计在2020年7月进行第12次测试。

　　在过去11次测试中，大部分都以失败告终，星舰SN9原型机在今年7月的测试预计飞行20公里高度，一旦成功将可能转入试飞型号生产，在2023年计划搭载日本商人进行第一次绕月之旅，在2030年左右登陆火星，在此之前，将完成美国宇航局的月球空间站货物运输任务。

　　和马斯克同样“疯狂”的日本富豪前泽友作（上），买下了星舰第一次绕月旅行的船票，包机。| 来自网络

　　从马斯克的时间表看，火星是该公司的终极目标，但从火星本身表面环境看，目前不适合人类居住。

　　火星大气压强仅为地球气压的0.6%，相当于地球表面35公里的气压，非常稀薄；火星地表温度为白天28摄氏度，一些地区可满足液态水的存在，但是晚上会降低到零下132摄氏度，赤道一些地区会高一些，平均在零下52摄氏度；火星大气成分中96%是二氧化碳，氧气含量极为稀少，因此人类不可能在这样的环境中生存。此外，火星的重力只有地球的1/3（0.38），可能导致骨质疏松等问题。

　　如果人类要在火星表面生存，就必须建立火星基地，生存在人造的地面舱内。假若采用这种方法建立火星殖民地，成本太大，将无法建造火星城市。因此也有科学家提出改造火星大气，比如，用核弹摧毁火星极区的冰层，实现对火星大气的加厚和加热，或者持续释放温室气体，让火星缓慢升温，以及在火星上种植蓝藻，改善大气成分等。这部分的研究仍然处于理论阶段。

　　火星两极存在大量干冰+水冰（白），在那里引爆核弹，可以加热大气，并得到液态水 | NASA

　　在可预见的未来，火星上具备改造为人类殖民地的条件，可建立数十至数百人规模的火星基地。从更远的未来看，火星也具备成为人类新家园的硬件。

　　首先，火星是岩石行星，与地球结构相似，只要能搞定火星大气问题，就能让火星变成地球；其次，火星是距离地球最近的行星，最近时约5600万千米，大概为地月距离的147倍，比其他行星更易到达，而且，它处于木星和地球之间，人类要进入深空，火星可以作为中转站，这是火星的轨道优势，再往外就是木星了，那是一颗气态行星，没有落脚的地方；其三，火星曾经有海洋，这说明火星曾经具备宜居环境。

　　火星和地球有多少相似性？

　　从宜居环境上看，数十亿年前的火星和地球非常相似，都有全球性的海洋、河流、山脉。火星就像一个小一圈的地球，体积更小一些。

　　火星的表面充满了砂石，火星内部以富含黏土的页矽酸盐矿物、硫酸盐矿物为主，在40亿年前火星上有水和岩浆作用，在过去35亿年内，火星液态水开始消失，含铁岩石和火星大气层中的过氧化物发生作用，形成了铁氧化物，因此我们看火星就是偏红的颜色。

　　除了表面物质有区别外，火星与地球的相似度是非常高的，至少在90%以上。从行星分类角度看，火星和地球都被认为是类地行星，因此火星上是可以建立殖民地的。

　　火星与地球极其相似，无论是结构还是昼夜/季节周期。| NASA

　　除了地质和内部结构与地球相似，火星上的一天大约是24小时37分，也和地球上差不多。如果宇航员在火星上生活，那么一天的作息能够与地球保持一致。由于火星公转轨道比地球轨道半径更大，因此火星上一年相当于地球的两年，大约为一年687天。火星的自转轴也是倾斜的，其赤道平面与公转平面夹角为25度，地球为23度，非常接近，因此在火星上也有四季的区分，也存在季节周期。

　　虽然在太阳系外，也发现了一些类地行星，比如距离地球20光年、处于宜居带上的Gliese 581 c行星，以及600光年外、同样处于宜居带上的Kepler-22b行星。但是，它们都没有比火星更像地球。可以认为，火星是当前宇宙中与地球最相似的行星。

　　各国探测行星现状

　　火星作为中国行星探测的第一站，与西方主流探测方向较为一致。

　　美国在过去20年对火星进行了全面探索，发射了3辆火星车和多个轨道器，基本查明了火星现状和过去演化的奥秘。欧洲的主要成就是火星快车探测器，目前已经运行了17年，仍然在工作中。印度第一个火星探测器在2014年9月进入火星轨道，成为继美苏欧之后第四个成功对火星进行探索的机构。（苏联在1960年代就对火星进行了探测，大部分任务以失败告终，火星5号曾进入过火星轨道，但取得的科学成果较少。）

　　如果中国天问一号（先于阿联酋希望号）成功进入火星轨道，那么将是全球第五个成功进行火星探测任务的国家或机构。

　　天问一号着陆器想象图。| 央视新闻

　　中国本次探火目标是对火星全球有一个大致的了解，包括掌握火星全球地形地貌数据、火星表面土壤特征、物质组分和水冰分布位置，研究火星大气基本情况、电离层特征、火星磁场和内部结构等。

　　由于火星与地球轨道最近点每26个月出现一次，大约两年一次，因此今年，除了天问一号外，美国、阿联酋的火星探测器也在这个月发射。美国的“毅力号”火星车预计在7月30日发射升空，进入奔向火星的轨道；阿联酋的希望号火星探测器则已于7月20日使用日本火箭发射升空，目前还在飞往火星途中。而欧洲与俄罗斯合作研发的ExoMars火星漫游车，预计将推迟到2022年发射。

　　除了火星之外，金星、水星、木星、冥王星的探索任务也持续了多年，由于重要性没有火星探索强，任务时间拉得比较远。比如木星探测，从1977年旅行者探测器时代就已经开始，持续到最新一代的朱诺号探测器，前后持续了将近40年。金星探测以苏俄的成就最多，前后成功发射了11个探测器，金星7号还实现了软着陆。冥王星探测器在2006年发射，到2015年才抵达冥王星，如今新视野号已经远离冥王星，进入更远的深空，对柯伊伯带天体进行探索。

　　对太阳系行星探索最强的仍然是美国宇航局，无人探测器最远已经飞出了太阳系日球层，足迹遍及太阳系所有行星。

　　附录：近年来关于火星的重大发现

　　2015年9月，美国宇航局宣布火星上存在季节性流淌的液态水。

　　2018年6月，好奇号火星车在火星一块岩石上发现碳基有机分子噻吩（C₄H₄S），暗示火星过去有可能存在生命。

　　2018年7月，科学家在整理2012年5月至2015年12月间火星探测器雷达数据时发现，在火星南极冰层下1.5千米处存在一个大型盐水湖，跨度达到20公里，是目前火星上最大的液态水体。

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