在火星模擬基地 來(lái)一場(chǎng)探測(cè)器的拉練

近日，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）宣布，“洞察”號(hào)火星登陸器首次探測(cè)到源自火星內(nèi)部的微弱震動(dòng)信號(hào)，其很可能源于火星地震。該消息一出，即引發(fā)全球圍觀。

而此前不久，大約100名少年在荒無(wú)人煙的大漠中完成了長(zhǎng)達(dá)5小時(shí)的“太空之旅”，這一次別開(kāi)生面的旅行實(shí)際上發(fā)生在中國(guó)甘肅的一個(gè)火星模擬基地。

火星探測(cè)、火星模擬，有關(guān)這顆猩紅色星球的消息一次又一次撩撥地球人的神經(jīng)。太陽(yáng)坐擁八大行星，為何火星最讓人魂?duì)繅?mèng)縈？

與地球最為相似的行星

火星，與羅馬神話中的戰(zhàn)神瑪爾斯（Mars）同名，是太陽(yáng)系中體積僅次于水星的行星。由于火星表面存在氧化鐵，它的外觀呈現(xiàn)出火烈鳥(niǎo)一般的紅色。

從位置上看，火星與太陽(yáng)的距離約為1.52個(gè)天文單位（1天文單位約為1.5億公里）。由于離太陽(yáng)較遠(yuǎn)，其表面接收的太陽(yáng)光比較弱，是地球表面的43%。

“火星表面積約等于地球大陸的面積，其半徑約為地球半徑的一半，質(zhì)量約為地球質(zhì)量的十分之一。從整體密度上看，地球的整體密度為5.5克/米3，火星的整體密度為3.9克/米3?！敝袊?guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）行星科學(xué)研究所副教授肖智勇接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)。

盡管存在諸多差異，蔚藍(lán)色的地球和猩紅色的火星依然被視作最相似的行星。

首先，這兩顆行星都有一個(gè)金屬構(gòu)成的內(nèi)核?；鹦堑暮诵牟糠种饕设F和鎳組成，核心周圍是硅酸鹽地幔。除硅和氧外，火星地殼中最豐富的元素是鐵、鎂、鋁、鈣和鉀等。

其次，火星的季節(jié)變換也與地球最為近似?！岸叩淖赞D(zhuǎn)周期及旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于黃道面的傾斜非常接近?！毙ぶ怯抡f(shuō)，火星公轉(zhuǎn)的周期大約是地球的兩倍，一個(gè)火星日和一個(gè)地球日時(shí)長(zhǎng)差不多。但是一個(gè)火星年大約是兩個(gè)地球年，火星的季節(jié)長(zhǎng)度大約為地球的兩倍。

和地球一樣，火星也有火山活動(dòng)?；鹦巧系膴W林帕斯山是太陽(yáng)系內(nèi)最大的火山，直徑達(dá)到600多公里，高25公里。與其他行星相比，火星表面存在眾多隕石坑，讓人聯(lián)想到月球的撞擊坑以及地球上的山谷、沙漠和極地冰蓋。根據(jù)這些隕石坑，可以判斷火星表面各區(qū)域形成的時(shí)間?！盎鹦潜砻嬗泻芏?0億年前的撞擊坑，遍地都是。而目前，地球上發(fā)現(xiàn)的最古老的隕石坑是22億年前的。”肖智勇說(shuō)。

全球性沙塵暴不算罕見(jiàn)

當(dāng)然，更讓人類驚喜的是火星上曾有大量液態(tài)水。火星表面有一條長(zhǎng)約4000公里、最深處達(dá)7公里的水手峽谷，是太陽(yáng)系內(nèi)最深的峽谷。肖智勇告訴科技日?qǐng)?bào)記者，有證據(jù)表明，火星在諾亞紀(jì)時(shí)期（約41.8億年前—36億年前）有很強(qiáng)的流水作用，在火星表面可以看到湖泊、洪流和辮狀河流的痕跡。也就是說(shuō)，如果當(dāng)時(shí)在火星上種土豆，至少不用擔(dān)心水源問(wèn)題。

然而火星的模樣早已不復(fù)當(dāng)年。南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院教授惠鶴九接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)，隨著火星磁場(chǎng)的消失，導(dǎo)致太陽(yáng)風(fēng)吹跑了火星的一些大氣，部分水也跟著“丟了”?；鹦乾F(xiàn)在十分干燥，容易出現(xiàn)沙塵暴?！盎鹦巧系纳硥m暴能以160公里/小時(shí)的速度移動(dòng)，而且易演化成全球性沙塵暴事件?！?/p>

2018年，“機(jī)遇”號(hào)就是因?yàn)樵诨鹦巧显庥隽巳蛐陨硥m暴，導(dǎo)致太陽(yáng)能板被遮擋住，進(jìn)入低電量休眠狀態(tài)，至今仍未蘇醒。2019年2月13日，由于無(wú)法跟探測(cè)器取得聯(lián)系，NASA正式宣布服役15年的“機(jī)遇”號(hào)結(jié)束使命。

為什么火星上容易發(fā)生沙塵暴呢？惠鶴九表示，火星地面有很多沙塵，這是形成沙塵暴的物質(zhì)基礎(chǔ)。“火星上的沙塵是由巖石風(fēng)化而來(lái)的?！毙ぶ怯抡f(shuō)。

另外，火星大氣活動(dòng)較活躍。“這是沙塵暴形成的動(dòng)力基礎(chǔ)，也是沙塵暴能夠長(zhǎng)距離輸送的動(dòng)力保證。”肖智勇解釋道，火星大氣變稀薄，因而表面容易升溫也容易散溫?；鹦潜砻孀畹蜏囟瓤傻椭亮阆?00℃以下，最高溫則可達(dá)30℃以上。這種巨大的溫差，造成了空氣的不穩(wěn)定。

移居火星仍存眾多難題

太陽(yáng)系坐擁八大行星，人類為何對(duì)火星更癡迷？

“人類總希望給自己找一個(gè)伙伴吧，尋找地外生命是重要原因?！被蔸Q九告訴科技日?qǐng)?bào)記者，火星早期氣候較宜居，所以科學(xué)家們推斷火星可能存在生命。

在火星的諾亞紀(jì)時(shí)期，有大范圍的水體改造活動(dòng)，表明火星當(dāng)時(shí)可能溫暖濕潤(rùn)，具備孕育生命的基本條件。從人類探測(cè)火星的階段性目標(biāo)也可以看出這一點(diǎn)?！白钕任覀兲綔y(cè)火星是為了找水，后來(lái)是考察它的宜居性，包括溫度、氣候等?！被蔸Q九說(shuō)，無(wú)論水還是宜居性，都與生命有關(guān)。

移居火星是人類的遠(yuǎn)大夢(mèng)想，也注定了荊棘叢生。第一個(gè)挑戰(zhàn)就是如何把人安全送往火星并安全返回?！澳壳?，人類發(fā)射火星探測(cè)器只有50%的成功率，現(xiàn)階段沒(méi)有哪個(gè)國(guó)家有把握將人安全送上火星并返回。”惠鶴九直言。此外，從地球到火星需要花150—300天，這是一段相當(dāng)漫長(zhǎng)、黑暗的孤獨(dú)之旅。

到達(dá)火星后如何生存，也是一道難以邁過(guò)的坎?！霸趺催m應(yīng)火星的氣溫？你在火星上是蹦還是跳？如何轉(zhuǎn)化能量實(shí)現(xiàn)自給自足？火星上只有微弱的剩磁，太陽(yáng)粒子毫無(wú)忌憚地打到火星表面，人怎么防護(hù)？和地球之間的通訊有延遲怎么辦？火星基地的內(nèi)部是1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，外部卻是0.1個(gè)大氣壓，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定和可靠性要求極高?！毙ぶ怯抡f(shuō)，我們能想到的任何一點(diǎn)在火星上都是困難。

模擬火星環(huán)境尋找答案

為了提前對(duì)付這些難題，科學(xué)家想出了各種模擬火星環(huán)境的方法。

直接選擇地球上的某個(gè)區(qū)域模擬火星環(huán)境是其中之一。比如在南極、北極圈、冰島，或在美國(guó)的莫哈維沙漠、南美洲的阿塔卡瑪沙漠模擬火星等。肖智勇告訴記者，中國(guó)的柴達(dá)木盆地也很適合火星模擬。“柴達(dá)木盆地緯度高、溫差大、紫外線強(qiáng)，到處都是鹽湖，大氣稀薄、表面干燥，且土壤偏堿性，環(huán)境與火星十分相似?！?/p>

還有一種是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行火星模擬，比如位于美國(guó)加州帕薩迪納的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）和位于英國(guó)赫特福德郡的火星任務(wù)模擬場(chǎng)。這種模擬通常有較明確的科學(xué)目的。肖智勇介紹，如果要模擬火星上的沙丘移動(dòng)，就需要在地球上建一個(gè)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室。在風(fēng)洞中要盡量呈現(xiàn)火星表面的環(huán)境，如晝夜溫差、大氣含量和成分、物質(zhì)組成、風(fēng)速等。還有人模擬火星上的物質(zhì)反應(yīng)，這就需要假設(shè)發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)成分，反應(yīng)時(shí)的溫度以及反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短等。

專家表示，模擬火星環(huán)境有多方面的意義。從工程上講，我們能在模擬火星環(huán)境中測(cè)試探測(cè)器樣機(jī)的性能，如車輪、爬坡能力等。還可以測(cè)試科學(xué)載荷的性能，以及宇航員在極端環(huán)境中的身體和心理變化等?！皣?guó)際空間站的航天員一般只在太空待半年左右，往返火星所需的時(shí)間比這長(zhǎng)多了，對(duì)航天員的心理和生理都是非常大的考驗(yàn)，身體也會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的深空輻射受影響?！被蔸Q九說(shuō)。

研究火星表面的地質(zhì)演化也是如此。“目前我們只能看到物質(zhì)演化后的結(jié)果，由于這種演化和當(dāng)時(shí)的環(huán)境是一種耦合關(guān)系。要揭示它就需要在實(shí)驗(yàn)中模擬。”肖智勇說(shuō)。（代小佩）