邓琦

火星探测的核心问题是什么？火星移民还有多远？火星探测哪一步最难？人类为什么要探测火星？近日，记者采访中国科学院地质与地球物理研究所研究员、副所长、“天问一号”首席科学家助理、鸿鹄专项首席科学家魏勇，中国科学院地质与地球物理研究所副研究员、鸿鹄专项行星光学遥感首席科学家何飞，揭示我国首次火星探测的奥秘。

记者：为什么选取7月23日作为发射“天问一号”的时间窗口？

何飞：发射窗口的选取跟很多因素有关，最主要的因素是地球和火星之间的公转周期关系。我们知道火星绕日公转的周期大概是687个地球日，将近地球上的两年，也就是说，如果是地球和火星从同一个经度出发的话，地球绕大约两年之后，火星和地球又会回到同一个地方，也就是一般常说的火星冲日，火星、地球、太阳几乎排列成一线。

在这种情况下，大约每26个月出现一个火星探测器发射窗口，地球到火星之间的飞行路径是最短的，也是最省燃料的，因此一般选择在这一段时间去发射。具体的发射日期确定，还跟实际的轨道设计、火箭的发射运载能力、地面气象、空间天气等密切相关。

记者：火星探测的核心问题是什么？

魏勇：火星科学研究的核心问题，就是火星的水是怎么演化的。火星表面上有河流的痕迹，曾经有大量的液态水在火星表面流动，为什么今天一滴水都看不到？这是非常奇怪的。

如果有大量液态水存在，就表明人类有可能在上面居住。判断一个行星对于人类是否宜居，第一个标准就是表面必须有大量的液态水流动，即河流海洋。其次，是大气里必须有氧气，即使大气里没有氧气，只要有水，可以用水制造出氧气，所以，水是最重要的。

现在已基本知道火星的水逃逸到行星际空间去了，也就是离开了火星，逃到了太空中，并且以一种不可逆的、永远不再回来的方式。在过去几十亿年的时间里，火星表面的液态水几乎全部逃逸掉了。

所以我国的火星探测，一个非常核心的问题是水是怎么通过大气层逃逸的？围绕这个核心问题，在“天问一号”之后，后续还有其他探测，要对火星的土壤进行取样返回，在实验室里进行非常详细的分析，具体看一看它的宜居性到底如何。

记者：如果探测发现火星适宜人类居住，未来我们会移民火星吗？

魏勇：按照目前的理解，太阳现在处于壮年期，当它演化到老年期的时候，会变成红巨星，甚至可能会膨胀到地球的轨道，让地球不再宜居。有没有可能移民其他行星？这个是当前大家比较关注的问题。我认为，不是没有这种可能性。

但是，即使研究发现火星可能支撑人类居住，开展火星移民也还有漫长的路，代价非常高昂。可能会有一部分比较热衷于冒险、有好奇心的人作为探路者率先移民到火星。这一少部分人在火星上建立有人值守的科研站和一些人类比较初步的聚集地等，应该会有很多人热衷于从事这样探索性的工作。

记者：“天问一号”的科学目标是什么？

何飞：火星探测围绕着一个主题是生命，即火星上有没有可能存在过生命或者有没有可能支撑生命。“天问一号”的科学目标也围绕这个主题来展开，经过前期科学团队的论证，确定了以下科学目标：

研究火星形貌和地质构造特征。通过探测火星全球地形地貌特征，获取典型地区高精度地形地貌数据，开展火星地质构造成因以及演化研究。

研究火星表面土壤特征与水冰分布。水冰的发现在火星上已经有很长时间，但是它的一些詳细分布特征还值得去深入研究。探测火星土壤种类、风化沉积特征和全球分布，搜寻水冰信息，开展火星土壤剖面分层结构研究。

研究火星表面物质组成。识别火星表面岩石类型，探查火星表面次生矿物，开展表面矿物组成分析。

研究火星大气电离层及表面气候与环境特征。探测火星空间环境及火星表面气温、气压、风场，开展火星电离层结构和表面天气季节性变化规律研究。

研究火星物理场与内部结构。探测火星磁场特性。开展火星早期地质演化历史及火星内部质量分布和重力场研究。

记者：此次火星探测任务为期多久？

何飞：根据探月与航天工程中心公布的信息，此次火星探测通过一次发射任务实现火星环绕、着陆和巡视三大任务，所以整个探测周期跟三大任务相关。发射后，会经过一个非常漫长的飞行过程，然后到达火星。

飞行过程大概需要7个月，预计明年2月份左右到达火星，在火星附近会实施一个制动，然后被火星捕获，捕获之后会首先进入环火星的一个大椭圆轨道，大概是10个火星日这么一个轨道（一个火星日约1.02地球日）。在轨道上实施一些轨道机动，逐渐靠近火星、逐渐到达越来越近的轨道，完成着陆区的预先探测和着陆点的调整。

然后它会择机，即根据轨道的情况择机释放着陆巡视器。这个时候环绕器会进行一些轨道调整，成为一颗中继星，来为着陆器和巡视器提供信号的一个中继。着陆器和巡视器它与环绕器分离之后，它就会进入火星的大气再入的过程。

火星跟月球一样，大气非常稀薄，接近真空状态。通过着陆器的气动外形降落伞，还有反推发动机等多种手段缓冲，它会软着陆于火星表面。

着陆以后，火星车和它承载的平台会分离，开始在火星上开展巡视科学探测。在这个过程中，环绕器在中继通信的轨道，为火星车提供通信链路，环绕器上相关的载荷会开展科学探测，大概会运行90个火星日以后进行轨道调整，这里的火星日大概和地球日的时间差不多，进行轨道调整之后，最后它会进入一个遥感的使命轨道，开展相关的科学探测。

◎ 来源|新京报（有删减）