寻找地外生命

在苏教版六年级《科学》上册第4单元“探索宇宙”的第51果《地球队外有生命吗》中，同学们大致了解了金星、火星等星球的基本概况，并一起思考了这些星球是否适宜生命的存在。而在六年级《科学》下册第4单元“共同的家园”的第1课《寻找生物的家园》中，同学们还将更深入地了解不同生物生存所需要的不同环境。其实，这两节课的内容是有相关性的，共同讨论一个问题：除了地球，是否还有其他星球允许生命的存在，为什么？

本期“加油科学课”，我们特别邀请了南京市鼓楼区两位优秀的科学老师做客本栏目，和同学们好好聊一聊这个话题！

地球以外有生命吗？

南京市汉江路小学 潘璐

（潘璐 南京市鼓楼区优秀青年教师、鼓楼区先进教育工作者，曾荣获第25届南京市青少年科技创新大赛优秀科技教师称号;辅导学生获全国中小学生科技创新大赛一等奖，辅导的学生作品《防毛发地漏（3D打印）》获第32届全国青少年科技创新大赛一等奖、《墨菲定律的试验研究——面包总是涂有果酱的那一面先着地吗？》获第30届江苏省青少年科技创新大赛一等奖;著有儿童科普绘本《走进科学实验室》。

浩瀚宇宙，有着许多的未知事物还未被发现。地球虽是人类的故乡，但随着地球上人口数量不断增多、不可再生资源的逐渐匮乏，地球越来越难以承载如此多人的生存需求。蜗居在地球的人类未来终有一天可能会飞向遥远的其他星球，寻找新的家园。可是，万千星海中，除了地球，真的还有适宜人类居住的星球吗？

一个星球要能适宜人类生存，必须具备基本的条件：像地球这样，接受的恒星（太阳）光照稳定，有着适宜温度;有液态水，为生命提供生存基础;有卫星（月球），抵挡小行星的攻击，保证星球的稳定与安全体积、质量适中;表面有大气层，昼夜更替的周期比较适中;大气成分适宜人类呼吸;行星的活动不能太活跃，例如火山、地震。

以上仅仅是最基本的生存条件，可是能完全满足如此苛刻条件的星球寥寥无几，但还是有极少数的星球给了人类一丝希望。

科学家发现，火星的形成时间、内部结构，乃至形成初期的环境都与地球极为相似，宛如地球的“孿生兄弟”。那么，火星能不能成为人类生存的第二家园呢？

以我们现在对火星的了解，地球人要到火星上去，必须穿上密封的宇航服以抵挡有害的紫外线。因为火星上的空气很稀薄，太阳辐射很强。同时，还得带上氧气瓶，因为那里的大气主要由二氧化碳构成，而且气压只有地球的1%。火星上也有云，但是比地球上的云稀薄多了。火星上的空气干燥，平均气温在0℃以下。即便在赤道，白天的气温也很少高过冰点;到了晚上，气温会骤然下降到-100℃左右。火星表面一片荒芜，尘暴频繁且猛烈，甚至可以笼罩整个星球。

那么，在这样的环境下会有生命存在吗？在太阳系中寻找生命，实际上就是在寻找培育生命的潜力。这种潜力可能以更简单的生物体的形式出现，比如微生物，但这也通常变成寻找维持生命的必要条件。而在创造和维持生命的最基本的过程中，液态水是必需的。是否存在液态水，成为我们评定一个行星或其他天体是否宜居的直接条件。

科幻电影中，勾勒出的火星场景都是漫天灰尘、怪石嶙岣，那么在火星上是否存在水呢？虽然美国国家航空航天局（ NASA）在火星上发现了一个地下湖泊，已经确定了火星上有水，并且火星的空气中也含有氧气，但是这些并不意味着火星就存在生命，或者说人类就可以在火星上生存。这也使科学家们陷入了迷茫中。

目前，除了极少数的火星陨石供科学家研究，人类只能借助航天器进行遥感和原位探测。

虽然，人类在火星陨石中发现了有机物，在大气层中检测到了甲烷，但目前火星上是否仍然还有生命？火星上是否曾经繁衍过生命？这些问题依然没有答案。而要想回答这些问题，只能寄希望于对火星样本的研究。

因此，一直以来，科学家希望能从火星采回样本，进行研究，以揭示火星的“前世今生”。经过多年酝酿，火星采样终于即将实施。

英国伦敦大学学院的空间科学家安德鲁·科茨说：“火星采样任务将是太空探索领域最重要的任务之一。”

研究人员称，他们现在很难确切地预测十年后将如何研究这些样本，但他们希望能发现火星上过去或现在存在生命的迹象。

当然，如果没有在样本内发现任何生命存在的迹象，科学家们也不会放弃研究。他们想知道具体原因， 是因为火星不宜居，还是因为生命并没有出现过？

科学家认为，数十亿年前，随着内核变冷，火星失去了磁场，大气因此逃逸，火星表面变得寒冷干燥，并遭受强大的太空辐射的“侵蚀”。通过收集不同样本，测量火星的古磁场，以及研究它们形成的环境，科学家们可以验证上述理论是否正确。如果情况属实，那么是否由于火星在很早之前形成了不宜居的环境，以至于生命从来没有开始过？

为更好地了解火星，人类真是费尽了心思。“好奇”号、“洞察”号，以及火星采样任务中那些将陆续拜访火星的火星车、着陆器等，在火星上“你方唱罢我登场”，给荒凉孤寂的火星增添了几分热闹和喧嚣。

随着世界各国对火星探测的兴趣日益增加，将会有越来越多的航天器登陆火星。以2020年的火星发射窗口为例，就将有美国、印度、阿联酋，以及欧洲和俄罗斯合作的“火星太空生物”计划（ ExoMars）的火星车发射;而中国的火星探测器也将发射升空，并将执行环绕火星、登陆火星、火星车巡视勘察等任务。

火星探测器：人类欲在火星寻找生存家园

南京市砺志实验小学 吴琴瑛

（吴琴瑛 南京市鼓楼区优秀青年教师，多次承担市级、区级公开课和讲座;兼任校科技辅导员，组织学生参加各项科技活动和竞赛，带领的团队多次获奖，荣获“区优秀科技辅导员”称号。）

大家好，我是火星探测器，把我造出来的工程师团队叫我“火星一号”，因为我是中国首次自主研发的火星探测器。并且在今年7月，我将启程前往火星并着陆在火星表面。

2019年10月11日，我首次亮相于大众面前。此后，工程师和科学家对我的研究试验从未间断，比如2019年11月14日的着陆器悬停避障试验。这些试验都是为了保证我能成功登陆火星。

对我来说，去火星并不是一趟可以说走就走的旅行。所以，为这趟旅行，我做足了攻略。

首先，要選择合适的交通工具。没错，就是火箭。

这次将载我上天的火箭是“长征五号”，因其体积大，而被俗称为“胖五”。虽然“胖”，但是其起飞推力可以达到干吨级，能轻松突破地球引力。

我的飞行轨道很特别。“胖五”载我发射升空后，先在地球附近加速，带我进入霍曼转移轨道，这是一个以太阳为焦点的椭圆形轨道。我在这个椭圆形轨道上以比火星绕太阳公转还要快的速度运行，一边“飞”，一边等着火星。等到火星离我越来越近，我们即将交会时，我会在火星附近减速，并被火星的引力捕获。深空航天器通过霍曼转移轨道从地球到火星轨道的飞行时间是固定不变的，因此航天器发射时，火星和地球的相对位置必须要使航天器到达霍曼转移轨道的远日点，火星才能刚好在那里“等待”航天器的到来。这样的发射时机，大约每26个月才会出现一次。

我这一次旅行的发射窗口是今年7月。那么，我什么时候能到达火星呢？

这个时间也不是靠简单的路程除以速度就能算出的，因为我不是一直保持匀速运动的。我的运行轨道大约有2亿千米，这个距离是地月平均距离的500多倍呢！我在这个轨道上还需要经历加速和减速的阶段。

第一个登陆火星的探测器，是美国的飞船“维京1号”，它从地球出发到达火星花了304天。不过，这是1975年的事情了，现在使用的发动机可比那时候的先进多了。经过科学家的计算，我离开火箭之后，要在太空中漂泊7个月左右，才会被火星的引力捕获。到那个时候，地球都已经进入2021年了。

旅途漫漫，但这还不是最难的部分呢！接下来，环绕器会留在火星同步轨道上继续环绕，我的着陆器会与之分离，准备着陆火星表面。从我进入火星大气层，到着陆火星表面，这个过程虽然只有短短7分钟，却是整个火星探测中最艰难的部分。为了保证我能安全、平稳地着陆在火星上，科学家为我设计了四个关键步骤：

第一步，气动外形减速。我的外形使我在进入火星稀薄的大气时，能产生足够大的阻力，并且还不会翻车、乱撞、倒向飞行。

第二步，降落伞减速。我配备了一个全自动的降落伞，在减速到一定程度时，它会自动打开。

第三步，动力减速。我携带的发动机会在合适的时机在运动的反方向启动，对我自己产生反推力，从而达到减速的目的。

第四步，当运行到距离火星表面100米左右时，我的速度要减到相对为零，进入悬停状态，利用探测器所携带的相关仪器设备，对下方的着陆区进行选择，尽量寻找一个相对安全的地方着陆下去。到了距离火星表面一两米的时候，我会启动一个着陆反冲装置，俗称“着陆腿”，靠它来降低我着陆时产生的振动力。

这些环节很细致，但是整个过程只能靠我自带的系统自主执行提前设定好的命令。如果我遇到没有设想到的情况，想要跟地球通信采取紧急措施，根本就来不及。

地球和火星之间距离遥远，以光速传播单程需要将近23分钟。也就是说，从地面上发送指令，火星上的我要在23分钟之后才能执行。所以，着陆过程中的动作都必须由我自己来执行完成，所有动作加在一起，大概有一千多个吧！

我真的是太难了！不过，如果到时候我能安全着陆，那我就算得上是一步实现了“绕、落、巡”的工程目标，真是值得期待呀！同学们也记得为我加油鼓劲哈！

本期内容特别感谢南京市鼓楼区教师发展中心小学科学教研员余建文老师的大力支持！

责任编辑：陆艳 责任校对：夏越