李会超:火星,中国一定要去?

作者:小菜 更新时间:2025-04-27 点击数:
简介:在东方红一号成功发射50周年的日子,我国公布了航天工程下一个里程碑式的任务——天问一号,即火星探测。

而天问也成为了我国行星探测任务的共同名称。

从天问的任务标志看,未来中国的探测器不只将光顾火星,太阳系的其他大行星和卫星也将是我们的探测目标。

目前,大部分航天器主要工作在地球附近,已经能够直接服务社会生产生活,提供通信、导航

【菜科解读】

在东方红一号成功发射50周年的日子,我国公布了航天工程下一个里程碑式的任务——天问一号,即火星探测。

而天问也成为了我国行星探测任务的共同名称。

从天问的任务标志看,未来中国的探测器不只将光顾火星,太阳系的其他大行星和卫星也将是我们的探测目标。

李会超:火星,为什么中国一定要去?

目前,大部分航天器主要工作在地球附近,已经能够直接服务社会生产生活,提供通信、导航、对地观测等服务。

近地空间的航天应用已经从早期前瞻性的技术试验领域转化为实行化、商业化的领域,目前相对成熟。

而目前空间探测的前沿,则是远离地球、去往其他天体的深空探测。

从美国等航天强国的发展历程看,月球是深空探测的第一站。

通过嫦娥探月计划的成功实施,我国已经掌握了对月球进行环绕、降落和巡视探测的相关技术,除了月兔号月球车在工作期间出现意外这一插曲外,整体上说嫦娥任务计划进行的相当成功,还在鹊桥号中继卫星的帮助下实现了人类月球背面的首次着陆。

月球之后,人们选择下一个目标往往是火星。

在太阳系中,地球的近邻是火星与金星,都可以作为月球之后的下一个备选目的地。

然而,无论从科学研究角度还是未来对行星的开发利用角度讲,火星是比金星更加理想的选择。

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火星全貌

对于生命体来说,火星的环境要比地球恶劣不少。

火星的大气相对稀薄,且主要成分为二氧化碳。

大气中存在着强沙尘暴等恶劣天气,平均温度约零下数十度。

火星没有较强的内禀磁场,无法像地球一样提供对于太阳高能粒子提供足够的抵御。

但相对于其他行星来说,火星与地球的相似度又是最高的。

火星轨道之外的大行星均为气态巨星,它们甚至没有一个可以让我们稳定站立的固体表面,形态与地球有根本上的不同。

而对于地球轨道以内的金星和水星来说,由于距离太阳太近,一方面白天时行星表面温度相比地球高的太多,另一方面太阳的潮汐锁定也使得它们自转一周的时间太长。

比如,金星上的一天相当于地球上的两百多天,因此对于同一地区来说,昼夜不会快速变换,将在较长的时间里处于极寒或极热的状态下。

火星上一天的长度仅比地球稍长,和地球一样在温带地区有着四季的变化,火星表面的地形地貌和地球也有着比较多的相似。

现有研究表明,火星历史上也许曾经是一颗温暖湿润的星球,还有可能孕育过生命,然而火星气候发生的气候变化使得它成为了如今的样子。

从科学研究的角度讲,我们可以从这颗星球表面、内部和附近的空间中,获取关于它过去和现在变化的信息,从中发现行星演化可能的规律,并由此对地球未来可能的命运有所认知。

毕竟一代人或几代人的生命相对于行星演化的时间周期来说都相当短暂,而火星上恰好可能储存了这个过程的纪录片。

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好奇号火星车拍摄的火星夏普山,如果不加解释,仅凭图像看,很有可能被误认为是地球上的山峰

火星与地球的相似性也使得它成为太空移民的首选目的地。

目前,已经有如马斯克这样的极客在PPT上勾勒未来火星殖民的蓝图。

虽然这样的愿景何时能够实现尚不可知,但至少火星移民在理论上是具备可能的。

火星上可能存在着大量冻结成冰的水,具有能够提炼成金属的矿藏,也有高浓度甲烷出现的区域。

这些资源,都可以让最初的火星移民在从地球运送来的机械和资源的基础上,在火星就地取材扩大生产,逐步实现自给自足,最终不需再耗费大量成本从地球上运去物资。

至于维系人生存的食品,火星与地球比较接近的气候,也给在火星进行农业生产提供了可能。

植物进行光合作用的原料二氧化碳,是火星大气的主要组成部分。

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SpaceX对于未来火星城市的构想图

人类对火星的探测主要可以划分为三个阶段。

第一个阶段开始于上世纪六十年代,以飞掠和着陆探测为主,获得了关于火星的初步认识。

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这一时期比较成功的探测器有美国的水手4号和6号、7号,成功飞掠火星后传回了火星表面的图片;及美国的维京1号和2号,成功在火星表面着陆并进行探测。

由于技术还不成熟,这一时期任务的失败率较高,不但苏联进行的十多次探测一次都没能成功,美国也有数个探测器牺牲在了飞行的不同阶段。

第二个阶段主要在上世纪90年代,美国、日本和俄罗斯的几艘探测器打破了火星探测在80年代的沉寂。

这一时期火星飞行的失败率仍然很高,除美国的火星探路者号和火星全球勘测者号外,美国、俄罗斯和日本的其他8个探测器任务均以失败告终。

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机遇号火星车拍摄的其在火星着陆场附近的情况

进入二十一世纪后,火星探测迎来了大发展。

这一时期,环绕火星的探测器和在火星表面着陆和进行巡视的探测器组队出发,在火星上相互配合,取得了令人振奋的成果。

美国的勇气号、机遇号火星车超设计寿命工作,其装配的丰富的科学仪器不但为科学家们带来了大量新发现,还传回了诸多可以让大众身历其境的火星照片。

目前MAVEN、好奇号、洞察号等等后续探测器又在源源不断的获得新的成果。

得益于深空探测技术在失败中获得的进步,进入二十一世纪后火星探测任务的成功率大幅提升。

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不同时期在火星表面着陆的探测器

去年10月,我国已经公布了火星探测器的外观图。

综合图片和有关公开文献信息,这艘现在已经被命名为天问一号的探测器由两个部分构成,其中上半部分的钝头体为着陆器,带有喷嘴的下半部分为环绕器。

在发射后,天问一号将进入地火转移轨道飞行,着陆器和环绕器在火星附近分离。

着陆器落地火星表面,除了对落点就地开展探测外,还会放出巡视器(火星车),对落点附近的区域进行进一步探测。

而环绕器则留在环绕火星的轨道上,在进行探测的同时,也充当火星车与地球之间的信使,提供通信中继服务。

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我国的火星探测器外观图

从问天一号的配置看,本次任务将同时进行环绕、着陆和巡视三种探测。

从地球出发,进入地球到火星间的转移轨道,经过半年以上的飞行时间正常到达火星,本来也不是一件容易的事情,需要解决轨道设计方面,飞行器自动驾驶(自主控制)和深空通信等多方面的技术问题。

而着陆火星则更加惊险。

从航天器开始进行着陆到最终在火星表面停稳,整个过程大概要在8分钟内完成,但火星到地球的单向通信时间高达15分钟,发送信号再等待地球返回信号最短也要半个小时,因此探测器必须具备强大的自我管理与控制功能,能够将一个又一个不能NG的动作全部正常完成,才能安全降落在火星表面。

虽然我国火星探测的起步相对于美国、欧洲等要晚,但一旦天问一号的任务圆满完成,将会使我们的探测技术水平站到世界前列。

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国家天文台武清站用于火星探测测控的70米天线吊装成功,这种天线不但能支撑火星任务,也能为其他未来的深空任务提供服务

如果要对距离地球较远的行星、小行星进行探测,或者像近两年发射的帕克太阳探测器、太阳轨道器那样对太阳实施抵近探测,或是去往遥远的太阳系边缘进行星际探测,一般需要通过其他行星的借力飞行完成,任务的实施难度更大。

只有通过火星探测,掌握了深空探测所必须的轨道设计、高可靠性自动控制、深空测控等方面的技术,才有可能进行难度更大的探测。

总之,如果要想在未来的大航天时代中占有一席之地,火星,中国一定要去。

若有个黑洞和太阳迎头相撞,太阳系会怎样?八大行星都会被汽化掉

说起黑洞,可能每个人都觉得这东西很可怕。

的确是这样,它是宇宙中引力最强的天体,连光到了它的附近都无法逃脱。

宇宙中的黑洞大致可以分为两类,一种是星系级黑洞,一种是太阳级黑洞,星系级黑洞诞生于宇宙之初,它们都是在宇宙大爆炸之后直接生成,通常都是星系或者类星体的中心,质量可达太阳的1万到几百亿倍,它们都是黑洞或者类星体运行力量的源泉,不过这样的黑洞数量较少,像我们的银河系中只有一个这样的黑洞,它就是银河系中心黑洞人马座a。

但是太阳级黑洞在宇宙之中的数量却有很多,天文学家们认为仅在我们的银河系中就有上千万个,这类黑洞有大质量太阳发生超新星爆发之后生成,质量较小,但是仍然在太阳质量的3-10000倍之间,绝大多数的太阳级黑洞都在太阳质量的1000倍之下,其中以几十倍太阳质量的黑洞居多。

通常星系级黑洞不可能会来到太阳系附近,因为它们的引力场非常强大,可以影响周围几十上百光年距离的天体,所以目前来看在我们的太阳系周围上千光年的距离内都没有这样的天体,而银河系中心黑洞人马座a虽是这样的天体,却距离我们太阳系约有2.6万光年,所以不用担心它会吞并太阳系。

但是太阳级黑洞却就不一定了,这类的黑洞非常难探测,目前只有靠它们对附近天体的引力影响来判断它们的存在,如果没有大量物质被它们吸入的话,它们就不会发出光等电磁波,所以无法探测到它的存在,即便他来到我们的太阳系附近,除非它的引力场已经影响了太阳系外围的很多大型天体,不然我们也是无法感知它的存在的,但是如果我们看到它开始影响太阳系外围的天体,那也将代表着这里的一切离终结都不远了。

如果有太阳级黑洞来到太阳系,那么它强大的引力场就会打破太阳系的平衡,导致太阳系出现大的动荡,如果黑洞来到我们的地球附近,地球将无法摆脱其引力场的束缚,我们人类也将束手无策,黑洞会很快就将整个地球都吞进去,就是像木星和太阳之类的天体,在黑洞面前也只有被吃的份儿。

太阳是太阳系的主宰,它带着整个太阳系在银河系中围绕银河系中心运行,如果在太阳前进的方向迎头碰到一颗黑洞,那么当这两者相遇的一刻,整个太阳系都会被摧毁的。

两者相遇之时,太阳上面的气体物质就会被黑洞吸引获取,大量的气态分子在黑洞周围形成吸积盘,这个吸积盘会异常璀璨,发光强度远超太阳的光辉,特别是两者撞到一起的时候,黑洞周围的吸积盘会变得异常巨大和璀璨,这时的黑洞近乎于一个类星体,光照剧烈程度丝毫不亚于超新星爆发,甚至还犹有过之,太阳系的八大行星以及其它一些天体,由于距离太阳和黑洞较近,都有被汽化掉的可能,即便有些没有被汽化掉,也会在黑洞和太阳物质的双重引力之下靠向它们,渐渐被拉碎撕裂,成为这个黑洞的吸积盘。

如果没有物质补充,黑洞的吸积盘并不会长久存在,所以在吸干了太阳系的所有物质之后,这个黑洞会重归黑暗,那么在太阳系曾经存在过的这片空间中,看上去将好像什么都没有存在过一样。

太阳系正在坠入中心黑洞,具体时间已经算出,难道真要流浪地球?

提及2022年的遗憾,一万个人有一万种回答,可能关于事业,可能有关爱情,又或是家庭亲情等等。

但若是提及2023年的惊喜,那超过一半的国人,大概会说是《流浪地球2》的精彩,无论是其中的剧情彩蛋,还是展现的未来科技,都值得观众逐字逐帧地品味。

同时,大家更惊喜的,还有中国科幻片的崛起,这预示着,中国科幻电影已经有了比肩好莱坞的实力。

不过,让人大感意外的是,电影中不得已要带地球流浪的剧情,很可能将在现实中上演了,至于其中缘由,且让我们从太阳系本身说起。

太阳系:微不足道的行星系众所周知,人类所生存的地球,正位于银河中的太阳系,在十六世纪以前,在托勒密心学说的影响下,无数西方天文学家和宗教首领,普遍都认为该行星系的其他星球都是围绕地球旋转的,就连质量超大的太阳太阳也不例外。

因此,在那个时代中,一众天文爱好者都有种先入为主的思维,在观测其他天体运动时,总会不自觉地认为,它们都是围着地球旋转。

直到十六世纪,波兰天文学家哥白尼在对整个星系进行重新观测后,发现无论是地球,还是木星、土星、水星等行星,都是一直处于运动状态,众星似乎都在围绕太阳旋转。

在这样的认知下,哥白尼首次提出了日心说,这也是我们今日天体学说的雏形,即太阳系的众星都围绕太阳旋转。

可就是这一看似合理的言论,却让哥白尼及其支持者惨遭围捕,比如一位名叫布鲁诺的日心说支持学者,就被西方教会捕获并处以火刑,整个人被活生生烧死在广场上。

而宗教派之所以要如此围剿日心说支持者,其原因就在于,西方教会已经根据托勒密提出的地心学说,延伸出了无数的教义,这些不仅是教皇的智慧体现,更是控制教徒的知识工具。

若是哥白尼用日心说推翻了地心说,那教会的权威也会瞬间崩塌,显然,无论是教会教皇,还是一众神职人员,他们都不会应允这样的事件发生。

不过,俗话说得好:“纸是包不住火”,日心说作为最新的科学学说,必然是要取代地心说的,十七世纪时,意大利天文学家伽利略通过最新的天文望远镜,证明了哥白尼的言论,即太阳才是行星系的中心。

在此之后,牛顿又用万有引力定律,进一步诠释了这种环绕运动的原理,那就是小质量行星会被更高质量的行星所吸引,并围绕其运动,太阳作为行星系中的唯一太阳,自然也就成为一众行星的环绕目标。

但值得一提的是,伽利略在证明了哥白尼日心说的同时,也察觉到我们所处太阳系的渺小。

因为,透过天文望远镜,伽利略发现在太阳系之外,还存在无数太阳,它们有的甚至比太阳还要大。

伽利略将这一发现与一众学者进行分享,在经过一番讨论后,他们都认为,我们身处在一个更大的恒星系中,太阳系在其中只是一个很小很小,甚至可以说是微不足道的行星系,而这也为银河系理论的到来,奠定了基础。

银河系:危机四伏在伽利略及其好友提出了银河及恒星系的理论后,人类天文学就踏上了一条求证银河系存在的道路。

直到数百年后的二十世纪初,美国威尔逊山天文台建成了当时世界上最大口径的2.5米天文望远镜,一众天文学家借助该望远镜,对太阳系外的太阳进行逐个观测,并在绘制了一幅星图。

随后,荷兰天文学家雅各布斯·卡普坦在这幅星图的基础上,运用统计视差的方法完成了各太阳间的距离测定,由此得到了最早的银河系模型,这也预示着,人类天文学正式走向对银河系的研究。

不过,科学界中的进步和挑战,往往是相伴相随的,人类对银河系的了解越多,那所面临的挑战也会越多,最好的体现就是黑洞。

按照现有的研究来看,黑洞代表的就是虚无,它可以吞噬万物,甚至连光线都能吸收,而做到这一切的原因就在于黑洞拥有无可比拟的质量,根据万有引力定律,质量大的星体对小质量星体是存在吸引力的,这也便是黑洞吸引万物的根本。

这也意味着,假如银河系中存在一个质量比太阳系还要大的黑洞,那太阳系在经过该黑洞时,就可能会被它吞噬进去,就连地球也不例外。

这听起来可能有些魔幻,也有些杞人忧天的意味,但在2020年时,却正式成为了现实。

银河系中心黑洞:太阳系的“归宿”2020年时,科学家赖因哈德·根策尔和安德烈娅·盖兹,通过对银河系中心区域进行仔细观测,发现银河系中心存在着大量且密集的太阳,更让人心惊的是,这些太阳的速度并不正常,就好像在做环绕运动一般。

也就是说,在这些太阳的中心点,应该存在着质量更大的星体,这才导致众太阳被其吸引。

然而,无论科学家们借助何种观测设备,始终都无法找到这个庞大的星体,这不禁让众天文学家产生了一种不好的预感,那就是这个质量庞大的星体或许根本就不存在,吸引这些太阳的东西,其实是一个非常庞大的黑洞。

之后,历经一年的努力,科学家们在多台望远镜,以及一台超级计算机的配合下,终于拍到这个可怕的中心黑洞--------人马座ASgr A黑洞。

更让人头皮发麻的是,在该黑洞附近,已经聚集了千亿颗太阳,这些太阳每一颗都足以媲美太阳,甚至,绝大多数都比太阳大上不少,这也就是说,这个黑洞要想吞噬太阳系,那是非常轻松的,而唯一值得庆幸的是,太阳系离这个黑洞还比较远。

但研究太阳系运动的天文学家却表示悲观,原来,根据现有的观测手段和计算能力,天文学家们发现,太阳系每围绕银河系转动一圈,两者的距离就会缩短2000光年。

按照目前的距离来计算,太阳系在转动13万圈,即32.5万亿年后,太阳系就会被该黑洞所捕获,进而被虚无吞噬,届时,太阳系必将颗粒不剩。

而要想改变这一结局,人类唯一能做的,似乎就只剩流浪地球计划了,也就是带着地球脱离太阳系,去寻找新的家园。

不过,距离该事件的发生还有很久,在这段时间里,人类很可能会掌握更高层次的科技,从而有办法让太阳系躲过一劫;也有可能会在灾难来临之前,灭亡于一场莫名的核战争,无法等到这天灾的降临。

除此之外,天文界也有科学家秉承着不同意见,那就是宇宙是不断膨胀的,这就好像一个不断吹起的气球,其中体积容量的增加,便会让星系间的距离增大,从而也就使得太阳系和中心黑洞的距离不断扩大。

简单来说,就是宇宙只要还在不断膨胀,那太阳系就不可能被黑洞所捕获,可需要注意的是,现在人类对天文学的认知终究是有限的,我们所得出的一切结论,都可能存在系统性错误,就类似数百年前的地心说一般。

因此,针对任何潜在的天体危机,人类都需要重视,否则,灾祸很可能就会在意想不到的时间降临。

参考资料:《史瓦西黑洞理论》--------卡尔·史瓦西《银河系正在向黑洞坠落,每秒200公里》--------红枣学习网《地球正在朝黑洞坠落?》-------中国网科技

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