【科普論壇】科普：為你解釋關於火星探測的所有疑問（一）

編者按：

我國首次火星探測任務天問一號探測器成功著陸火星， 邁出了我國星際探測征程的重要一步，實現了從地月系到行星際的跨越。探測火星的意義何在？如何探測火星？澳門導報從本期開始，特選刊【科普中國】出品的相關文章為讀者解惑。

出品：科普中國

製作：中國科學院上海天文臺（SHAO）天之文科傳團隊

監製：中國科學院電腦網絡信息中心

2021年5月15日，在經歷了296天的太空之旅後，天問一號成功降落在火星北半球的烏托邦平原南部。  

圖1 （來源：中國航天）

對於火星探測，你是不是還有很多問號？

從歷史到現實，從技術難點到解決方案，在這篇文章裡，我們將向你詳細述說人類探索火星的故事。

一、歷史篇

1. 為什麼要探測火星

仰望蒼穹，漫漫宇宙中，我們是否孤獨？是否在另一個星球上，也存在著和我們相似的生物和文明？

眾多星球中，火星是備受關注的一顆。它是太陽系中從內往外第四顆行星，地球的鄰居，與地球非常相似，直徑約為地球的一半，品質約為地球的11%，火星日的長度與地球相當，而火星年的長度約為地球年的2倍。不少專家認為，火星曾經可能具有和地球相似的環境。因此開展火星探測和研究，不僅有助於探究火星，也有助於借此探究地球的過去和未來，為人類尋找可能的未來家園。 

圖2 太陽系（來源：veer圖庫）

2. 人類對火星的認識

火星，看起來偏紅，螢光像火；它看起來的亮度經常發生變化；而且火星在天空中運動時，甚至會逆行，令人難以捉摸，古書上稱之為“熒惑星”。

望遠鏡發明後，第一個使用望遠鏡觀測星空的伽利略看到了火星，像一個小紅點。隨著望遠鏡的發展，人們可以分辨火星的一些細節特徵。1877年，意大利天文學家斯基亞帕雷利發現火星地表從暗區延伸出許多線條，他稱之為“水道”，後來被翻譯成英文中的“運河”。1894年，一位富有的波士頓商人洛厄爾對“火星運河”很癡迷，他使用60釐米口徑的望遠鏡探索火星，認為自己在火星上也看到了運河，並深信不疑。1908年，他出版了一本書《生命的棲居地——火星》。他在書中提出，在遙遠的過去，火星上曾出現智慧生命，由此創建了一個科幻小說寫作的新流派。

1938年的萬聖節，一位美國喜劇演員奧爾森•威爾斯利用電臺，將科幻小說中的一些情節，以緊急通告的方式發佈——火星人已經攻擊美國，在新澤西就有目擊者。這可嚇壞了幾百萬的美國人。

直到20世紀50年代，人們對火星人的恐懼才得以消停。人們對火星有了更多的科學認識，這些認識表明火星不可能存在地球生命，因為那裡太冷太乾燥。但是，火星和地球之間的相似之處如此有趣，很難排除火星上有其它形式生命存在的可能性。

那時，科學家和工程師們想要知道火星上是否有生命或者人類是否可以抵達火星，但技術上存在障礙。1957年，蘇聯發射成功首顆人造衛星，震驚了全世界，打開了太空探索的前沿。

借由火星探測器，我們知道了，火星上擁有太陽系最大最長的峽谷之一——水手峽谷，橫跨大半個火星，長約4000千米，深達7千米。火星擁有太陽系最高的山峰——奧林帕斯火山，高度超過2萬米，是地球上最高山峰珠穆朗瑪峰的海拔高度的3倍多；我們對火星地表成分也有更多瞭解，找到了火星上水的痕跡。

二、技術篇：如何去往火星？①

如何去往火星呢？先讓我們回顧下如何離開地球。這件事就要從1665年的倫敦大瘟疫說起了：那時劍橋三一學院的牛頓在鄉下自我隔離。傳說中有一天牛頓在蘋果樹下思考時被一顆蘋果砸中了腦袋，接著聯想到月亮從沒掉下來過，由此發現了萬有引力定律。筆者一直很好奇這個傳言的細節，而且高度懷疑牛頓被砸的那一刻可能只想著要把蘋果有多遠扔多遠。

我們都知道扔蘋果的時候，用力越大，出手速度越快，蘋果就扔得越遠，但它早晚會掉到地上。那我們扔得再用力點，速度再快點呢？顯然，它可以被扔得很遠。理想假設下，只要出發速度夠快，從北極扔到南極也未必不可能！如果我們再用力點呢？蘋果就可以飛躍南極，甚至回到北極，回到我們出手的那個位置，接著再來“億”遍。於是我們知道了，當蘋果被扔出的速度超過某個速度時，它不再掉回地球，而環繞地球作圓周運動。這個速度被科學家們稱之為“第一宇宙速度”（環繞速度），在地球上是7.9 千米/秒。月球繞著地球做高速圓周運動，這正是月亮不會掉下來的主要原因。

（未完待續 歡迎關注下期 二、技術篇：如何去往火星？② 及•三、難點篇：火星探測很難，為什麼？之難點1）

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