看!火星

詹昊熹 高嘉鹏 章谕非 田哲毅

肉眼时代:从“血光之星”到“为天空立法”

很早以前,人类就注意到了火星。或者可以说,想不注意到它反倒是一件难事。它火红,而且明亮,比天空中除太阳外最亮的恒星——天狼星还要亮。不仅如此,它忽明忽暗,行踪不定,时而顺行,时而逆行,令人迷惑。中国古人于是称它为“荧惑”,将其视为战乱与灾祸的象征。不仅中国人如此,西方人也一样,火星的英文名Mars正是来源于古罗马战神的名字。

火星的“怪异行径”不仅令人迷惑,同样也激起了人们探索未知的欲望。

正如大家都知道的,哥白尼用惊世骇俗的“日心说”向“地心说”提出了挑战,这是人类认识宇宙的一大进步,但是他仍然深信行星的运行轨道是一个完美的圆。然而,德国天文学家开普勒在用哥白尼理论编制行星运行表时发现,火星非常不老实,总是要出轨。经过反复计算,他大胆地提出,火星围绕太阳运行的轨道是一个椭圆形。开普勒把对火星的观测结论推广到其他行星上,发现也同样适用。由此,他发现了行星运动的三大定律,成为“为天空立法的人”。

望远镜时代:“火星人”的传说

1609年,伽利略制造出了第一架天文望远镜,使人们的视野豁然开朗。有了“千里眼”相助,人们对火星的认识也大大加快了。

1659年,荷兰天文学家惠更斯用望远镜观测火星并且绘制出了火星表面图。在这张图中,火星的南北两极地区各有一大片白色覆盖物,天文学界后来称其为“极冠”。关于这“白色的帽子”到底是由什么东西构成的,历史上进行过长期的探讨,有人认为是固态的二氧化碳(也就是“干冰”),也有人认为它是水冰(即固态的水)。直到后来的太空时代,答案才得以揭晓。

比起极冠来,另一个“火星发现”的影响力则要大得多。

惠更斯开创火星地理学之后,许多科学家画出了更为详细的火星地图。这其中最有名的是意大利布拉雷天文台台长斯基亚帕雷利,他于1877年绘制的火星地图在太空时代来临前一直是科学家研究火星时用的权威版本。当时在对火星地形进行命名时,根据习惯把暗区命名为“湖”。斯基亚帕雷利的地图上,从“湖”的边缘伸出了几根细线。这位天文学家用意大利文“Canali”来表示“线条”,相对应的英文应当是“Channel”。但不知何故,一些记者把它翻译成“Canal”(指人工开凿的运河)。一时间,“天文学家发现火星上的运河”的消息轰动世界。

富翁出身的美国天文学家洛威尔通过自己拍摄的数千张火星照片,描绘出500多条纵横交错的“运河”,他确信它们由火星智慧生命所开掘,还认为运河的交接处有植被繁茂的绿洲。直到今天仍风靡全球的“火星人”概念,便来源于此!

尽管随着对火星的进一步观测,特别是通过对火星的光谱分析和气候研究,科学家们越来越不相信“火星人”的说法,但这依然阻挡不住民众的热情,“火星人文化”已经大行其道了!

在利用天文望远镜看火星的300多年里,还有很多重要发现,比如火星的自转周期、火星的两颗卫星等。但火星距离地球太远了,最近的时候也有5576万公里(是月地距离的154倍),实在难以让我们这些被困在地球上的人对它看得真真切切、明明白白。

太空时代:失望与希望

1957年10月4日,当时的苏联将第一颗人造地球卫星送上了太空。太空时代的到来,使人们“凑到火星跟前去看个究竟”的愿望有了实现的可能。

从1960年开始,苏联接连向火星发射探测器,却连遭失败。而美国人于1964年年底发射的“水手4号”,成为了人类历史上第一个飞临火星的火星探测器。尽管它只是与火星“擦身而过”,但依然发回了21张火星照片。此后,1971年发射的“水手9号”首次成功地进入了火星轨道。而美国的“海盗一号”和“海盗二号”探测器,更于1976年成功登陆火星——此前,苏联的“火星二号”在尝试登陆时不幸坠毁在火星表面,而“火星三号”倒是实现了“着陆”,只是运气太差,遭遇到异常猛烈的火星沙尘暴,仅仅工作了22秒就和地球失去了联系。

这些从地球远道而去的探测器除了帮人们一睹火星的真容外,也带来了一个萦绕在人们心头的巨大问号:火星上存在生命吗?

它们清晰地描绘了完整的火星地貌,发现了太阳系中已知最高大的山脉“奥林帕斯山”(高度超过2万米)和比地球上任何峡谷都壮观的“水手谷”,然而所有的发现都表明,这是一个寒冷、干燥、荒凉、了无生机的星球,没有任何生命的痕迹。而那些曾经给人无限遐想的“线条”,要么根本不存在,要么不过是峡谷边缘延伸出来的深色沙子,要么只是一座座环形山由于距离遥远被地球人的眼睛连成了一线而已。这不免令人失望。

进入上世纪90年代后,人类探索火星的热潮又一次被激起,火星探测器发射得更为频繁,其中著名的有美国的火星探路者、火星环球勘测者、勇气号、机遇号、凤凰号,欧洲的火星快车等。好消息一个个传了回来——

各个探测器从火星轨道和表面都不断发现洪水冲刷以及湖泊或海洋沉积而形成的地貌;“勇气号”在火星上发现了硅胶,而硅胶是硅酸在水中形成的胶体;“机遇号”则发现了显然是被水浸泡过的岩石。科学家几乎已经能够肯定,火星真的曾是一个“水星”。

不仅如此。“火星快车”对火星南极进行光谱分析后发现,那白色的极冠是由干冰和水冰共同组成的;去年登上火星的“凤凰号”则在火星北极附近挖坑的时候掘出了冰块,而4天以后它们蒸发了;更让人兴奋的是,当它进一步对一份火星土壤样品进行加热时,水蒸气释放了出来……很显然,不仅是“从前”,火星“现在”依然有水!

虽然有水并不意味着一定有(或有过)生命,但水是构成生命的基础物质,有水,就有希望。

萤火一号:中国人来了

要不是俄罗斯火箭推迟发射,中国的“萤火一号”现在也已经在去往火星的路上了。虽然遗憾,但它依然表明我们中国人也迈开了探索火星的步伐。

“萤火一号”的重要使命,同样跟“水”紧密相关。虽然目前已经找到了存在水的证据,但现在的火星毕竟已与从前那个曾经“洪水滔天”的火星完全不一样了。“萤火一号”将携带等离子探测包、光学成像仪、磁强器等多个仪器,对火星的电离层、磁场以及周围环境空间等进行探测,努力为解答火星表面水消失的奥秘寻找有价值的线索。

可能对我们来说,更重要的另一个使命,将是为我们国家下一步的火星探测打下基础。

由于是搭俄罗斯“福布斯”火星探测器的“顺风车”,“萤火一号”无法自主选择轨道,因此在服役期间将7次进入火星阴影,最长一次达到8.8小时。这是一个严峻的挑战,因为接收不到阳光,部分机器将不得不暂停进入休眠状态,在离开火星阴影之后再进行加电、加热来唤醒。如果说机器在这期间被冻坏了,就无法再进行唤醒。去年年底,美国的“凤凰号”就在火星的“黑夜”中和地球失去了联系。不过,在我国自己进行的测试中,“萤火一号”成功地经受住了8.8小时“黑夜”的考验。

而之所以要使用俄罗斯火箭,主要是由于我们自己的火箭目前还不足以带着运载物达到第二宇宙速度(即11.2千米/秒,能使物体摆脱地球引力的束缚,进入环绕太阳运行的轨道)。万事开头难,但我们不会停下自己的脚步。

期待“萤火一号”早日启程,祝福“萤火一号”一路好运!

(注:本文作者为杭州高级中学天文社成员)