人类为何要坚持探测火星
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发布时间：2022-10-26 15:26
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时间：2023-09-17 00:13
人类为何要坚持探测火星
人类为何要坚持探测火星，中国在火星探测领域是一个后来者，但起点却相当高，月球跟地球息息相关，所以我们要探索月球，但火星上又没有生命，可人类为什么还要向火星发射这么多探测器呢？
人类为何要坚持探测火星1
中国在火星探测领域是一个后来者，但起点却相当高
◆ “天问一号”将一次执行“绕落巡”三项任务。而其他国家的第一次火星任务，多只有环绕，或者连绕带落，或者连环绕都没有，只是飞掠，从来没有一上来就做全套的
◆ “如果说第一次热潮的主题是探测竞赛，比的是谁先跑得最快，那么第二次热潮的主题应是科学竞赛，比的是谁先看得最深。”
◆ 从科学上讲，“天问一号”是对火星形态、地质学、矿物学、空间环境、土壤和水冰分布等进行研究的最全面的任务
2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭托举着我国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国文昌航天发射场点火升空。
“天问一号”将承载我国第一个火星探测任务，着陆在火星表面完成巡视探测，获取火星科学数据，一次性实现对火星“环绕、着陆、巡视”三大目标。
火星探测器发射成功只是“万里长征第一步”，“天问一号”还要进入地火转移轨道，历经约7个月飞行进入火星轨道范围。之后，按照预订计划，“天问一号”将被火星引力俘获，在地面测控系统的支持下进入环火椭圆轨道，运行到选定的着陆窗口。
第二步完成后，“天问一号”将减速落入火星大气层，进入所谓的“死亡7分钟”时间。由于火星距离地球太远，信号传输一个来回就需要十几分钟时间，而整个着陆时间仅仅7分钟，这意味着着陆过程不能由人工进行干预，而是由“天问一号”上自带的着陆程序完成。
成功着陆后，火星车将从着陆平台上走到火星表面，开展探测作业，为期大约90多天。
为什么要去火星
为什么要去探测火星？答案可能有点让人意外：因为火星比金星条件优越。
太阳系有八大行星，从内到外分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。也就是说，金星、地球、火星排在第2、3、4位。
如果要在八大行星寻找生命，单凭位置，就可以判断个*不离十：水星离太阳太近，一切都被烤焦了；木星以及更外圈的离太阳太远，一切都被冻僵了。最有可能的，就是离太阳距离适中的金星、地球、火星，这三个处于太阳系的“宜居带”上。
地球位于宜居带的中间，当然是各方面条件最优的。金星和火星相比如何呢？
看一下基本指标：金星的质量是地球的82%，体积是地球的87%，重力是地球的90%，各方面跟地球十分接近。而火星跟地球的差别很大，其质量是地球的11%，体积是地球的15%，重力是地球的38%。
仅从这些指标看，金星似乎更加适合。因此，人类在上世纪50年代掌握了航天技术后，首先就将金星作为了探测目标。人类第一个接近其他行星的探测器，是1962年美国的水手2号，它的目标就是金星。
然而，人类探测金星的热情，很快就消退了。历史上总共有10个探测器在金星着陆，都来自苏联。但其中工作时间最长的只有127分钟（金星13号），最短的只有23分钟（金星7号）。为什么这么短命呢？因为金星的生存条件实在是太恶劣了。
金星有一个极其浓密的大气，它的压强高达地球的92倍，相当于一个人背着一辆50吨重的坦克。更糟糕的是，这么浓密的大气中绝大部分是二氧化碳，超过96%。这导致了非常强的温室效应，金星表面的平均温度超过460摄氏度，比离太阳最近的水星的向阳面还热。
作为对比，火星大气稀薄，密度不到地球的1%。虽然这听上去也很糟糕，但跟金星对比，就会明白什么叫做“如释重负”。毕竟，气压低可以穿航天服，而气压太高就只有被压死了。火星表面的平均温度是-55摄氏度，而且波动范围很大，可以上至30摄氏度，下至-100摄氏度以下。对比金星的460摄氏度，也会感觉好多了。
火星最有吸引力的一点，是上面有水。
人们最初用望远镜观察火星的时候，看到很多纹路。不少人把它们理解为河道，甚至是火星人开掘的运河。虽然截至目前我们没有在火星上发现任何生命。不过，火星历史上应该有过活跃的地质运动与河流，但由于太阳风的吹拂以及小行星的撞击等原因，后来逐渐都消失了。
然而，火星现在还有大量的固态水，也就是冰，这是一个非常重要的发现。此外，火星上还有大量的固态二氧化碳，也就是干冰。为了跟干冰区别，我们往往把固态水称为水冰。
在火星的南北极，就有巨大的水冰与干冰混杂的冰盖，水冰主要集中在底部。除此之外，在火星的地下很可能还有液态的卤水，即溶解了大量盐分的水，甚至可能有巨大的液态卤水湖。这让火星上存在生命的希望大增。
在地球的各种极端环境下，如火山口、深海、热泉、盐湖等等，都有不屈不挠的微生物生存着。它们的能量来源可以不是光合作用，而是各种因地制宜的办法，如硫酸亚铁氧化还原反应放出的化学能。对于这些“小强”来说，火星的环境远不算最恶劣的。因此，在火星上发现生命是相当有可能的。
未来一段时间里，掘地三尺寻找生命，就是火星探测的一个重点目标。如果真的找到了，那么这将是人类第一次发现地外生命，带来的冲击是巨大的。
7月20日，阿联酋首个火星探测器发射。在搭载“希望”号火星探测器的H2A运载火箭发射升空后，阿联酋民众在迪拜的穆罕 默德·本·拉希德航天中心欢呼庆祝。 新华社/路透
如何去火星
从地球怎么才能到火星呢？
首先来看距离。地球和火星都在围绕太阳公转，地球跑第三道，火星跑第四道。两个轨道都是接近于圆的椭圆。地球轨道跟圆相当接近，半径约为1.5亿公里。火星轨道稍微扁一点，近日点和远日点分别约为2.07和2.49亿公里。
由此可见，地火距离最近是当太阳、地球、火星三者排成一线的时候，这叫做“火星冲日”，距离最小值在0.6亿公里左右。地火距离最远是当地球和火星分居太阳两边排成一线的时候，最大值在4亿公里左右。
火星冲日是一个周期性的现象，大约每780天发生一次。为什么呢？从地球和火星的公转周期就能算出这个数值。
地球的一年大约是365天，而火星的一年大约是687天。经过780天后，地球走过了780/365=2.14圈，火星走过了780/687=1.14圈。地球比火星刚好多走了一圈。所以如果出发时日地火连成一线，那么到这里它们又会连成一线。
由此决定了，每过780天即大约26个月，就会出现一个火星探测的窗口期。在2020年的窗口期中，终于出现了中国的火星探测项目：天问一号。
下一个问题是：应该怎么去？直接飞向火星吗？
要受到引力的作用，不可能走直线。在太阳系里，最大的引力源就是太阳。除了在每个行星附近之外，在绝大部分空间起主导作用的都是太阳的引力。因此，飞船从地球到火星的旅程，绝大部分是在太阳控制下的。如果我们在途中不开动力，那么根据开普勒第一定律，飞船的轨迹就是一个以太阳为焦点的椭圆。
基于这些考虑，答案就呼之欲出了。我们走的是这样一条轨道：它在离开地球的时候与地球绕太阳的轨道外切，这是近日点；在接近火星的时候与火星绕太阳的轨道内切，这是远日点。在中间路程，它是一个以太阳为焦点的椭圆的`一部分。整个行程中，发动机只需要点火两次，就是在起点和终点。这样耗费的燃料最少，而且操作最为稳妥高效。
这样的轨道，叫做“霍曼转移轨道”。它是在1925年，由德国物理学家沃尔特·霍曼提出的。一条霍曼转移轨道的路程长达6亿公里左右，约为地火最近直线距离的十倍，需要飞行大约260天即约9个月。
如果愿意消耗更多的燃料，投入更大的成本，当然可以抄近路。这叫做“快速转移轨道”。例如，美国2018年发射的“洞察”号依靠强大的火箭和最好的时间窗口，只走了4.8亿公里，只用7个月就到达了火星。
不过，化学火箭的能力已接近上限。因此，再怎么投入也很难让从地球到火星的时间少于6个月。但是新的推进技术正在发展中，例如离子电推进和核能推进。如果这些技术成熟，地球到火星的行程有望大大缩短。
人类为何要坚持探测火星2
火星上究竟有没有生命？人类已经用50多年的探测得出了这个问题的答案，那就是没有。和月球不同，月球跟地球息息相关，且月球上还有许多珍贵的资源，所以我们要探索月球，甚至登陆月球在上面打造永久基地。可火星上又没有生命，人类为什么还要向火星发射这么多探测器呢？
人类第一个登陆火星表面的探测器，是上世纪70年代NASA发射的“海盗”号，彼时火星人的存在是人类讨论的热门话题，许多人相信火星上存在着智慧生命。但“海盗”号发回来的照片，却让人类大跌眼镜，看起来火星就像是地球的沙漠一样，虽然没有金星表面那么高的温度，但这的确是一颗红色的沙漠星球，气温差异非常大。
看上去火星根本不具备生命存在的条件。后来，人类发现了在许多原本认为不可能存在生命的地方，都发现了生命的存在，而在火星上的一些地形也显示，火星曾经似乎存在着河流和湖泊，跟原始地球差不多。如果当时火星上诞生了原始生命，那它们有可能还在火星的地底深处顽强生存也不一定！
或许是因为这样的原因，人类还在不断发射火星探测器，一方面了解火星的情况，为人类将来殖民火星做准备，另一方面人类依然怀揣着在火星发现原始生命的希望。人类文明如果想要进一步发展，肯定要离开地球的桎梏，而火星就注定会是人类的第一站。
月球只是地球的卫星，只有火星才能满足人类建立城市的梦想。不知道第一个殖民火星的，会是哪个国家呢？大家怎么看？
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时间：2023-09-17 00:13
人类为何要坚持探测火星
人类为何要坚持探测火星，中国在火星探测领域是一个后来者，但起点却相当高，月球跟地球息息相关，所以我们要探索月球，但火星上又没有生命，可人类为什么还要向火星发射这么多探测器呢？
人类为何要坚持探测火星1
中国在火星探测领域是一个后来者，但起点却相当高
◆ “天问一号”将一次执行“绕落巡”三项任务。而其他国家的第一次火星任务，多只有环绕，或者连绕带落，或者连环绕都没有，只是飞掠，从来没有一上来就做全套的
◆ “如果说第一次热潮的主题是探测竞赛，比的是谁先跑得最快，那么第二次热潮的主题应是科学竞赛，比的是谁先看得最深。”
◆ 从科学上讲，“天问一号”是对火星形态、地质学、矿物学、空间环境、土壤和水冰分布等进行研究的最全面的任务
2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭托举着我国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国文昌航天发射场点火升空。
“天问一号”将承载我国第一个火星探测任务，着陆在火星表面完成巡视探测，获取火星科学数据，一次性实现对火星“环绕、着陆、巡视”三大目标。
火星探测器发射成功只是“万里长征第一步”，“天问一号”还要进入地火转移轨道，历经约7个月飞行进入火星轨道范围。之后，按照预订计划，“天问一号”将被火星引力俘获，在地面测控系统的支持下进入环火椭圆轨道，运行到选定的着陆窗口。
第二步完成后，“天问一号”将减速落入火星大气层，进入所谓的“死亡7分钟”时间。由于火星距离地球太远，信号传输一个来回就需要十几分钟时间，而整个着陆时间仅仅7分钟，这意味着着陆过程不能由人工进行干预，而是由“天问一号”上自带的着陆程序完成。
成功着陆后，火星车将从着陆平台上走到火星表面，开展探测作业，为期大约90多天。
为什么要去火星
为什么要去探测火星？答案可能有点让人意外：因为火星比金星条件优越。
太阳系有八大行星，从内到外分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。也就是说，金星、地球、火星排在第2、3、4位。
如果要在八大行星寻找生命，单凭位置，就可以判断个*不离十：水星离太阳太近，一切都被烤焦了；木星以及更外圈的离太阳太远，一切都被冻僵了。最有可能的，就是离太阳距离适中的金星、地球、火星，这三个处于太阳系的“宜居带”上。
地球位于宜居带的中间，当然是各方面条件最优的。金星和火星相比如何呢？
看一下基本指标：金星的质量是地球的82%，体积是地球的87%，重力是地球的90%，各方面跟地球十分接近。而火星跟地球的差别很大，其质量是地球的11%，体积是地球的15%，重力是地球的38%。
仅从这些指标看，金星似乎更加适合。因此，人类在上世纪50年代掌握了航天技术后，首先就将金星作为了探测目标。人类第一个接近其他行星的探测器，是1962年美国的水手2号，它的目标就是金星。
然而，人类探测金星的热情，很快就消退了。历史上总共有10个探测器在金星着陆，都来自苏联。但其中工作时间最长的只有127分钟（金星13号），最短的只有23分钟（金星7号）。为什么这么短命呢？因为金星的生存条件实在是太恶劣了。
金星有一个极其浓密的大气，它的压强高达地球的92倍，相当于一个人背着一辆50吨重的坦克。更糟糕的是，这么浓密的大气中绝大部分是二氧化碳，超过96%。这导致了非常强的温室效应，金星表面的平均温度超过460摄氏度，比离太阳最近的水星的向阳面还热。
作为对比，火星大气稀薄，密度不到地球的1%。虽然这听上去也很糟糕，但跟金星对比，就会明白什么叫做“如释重负”。毕竟，气压低可以穿航天服，而气压太高就只有被压死了。火星表面的平均温度是-55摄氏度，而且波动范围很大，可以上至30摄氏度，下至-100摄氏度以下。对比金星的460摄氏度，也会感觉好多了。
火星最有吸引力的一点，是上面有水。
人们最初用望远镜观察火星的时候，看到很多纹路。不少人把它们理解为河道，甚至是火星人开掘的运河。虽然截至目前我们没有在火星上发现任何生命。不过，火星历史上应该有过活跃的地质运动与河流，但由于太阳风的吹拂以及小行星的撞击等原因，后来逐渐都消失了。
然而，火星现在还有大量的固态水，也就是冰，这是一个非常重要的发现。此外，火星上还有大量的固态二氧化碳，也就是干冰。为了跟干冰区别，我们往往把固态水称为水冰。
在火星的南北极，就有巨大的水冰与干冰混杂的冰盖，水冰主要集中在底部。除此之外，在火星的地下很可能还有液态的卤水，即溶解了大量盐分的水，甚至可能有巨大的液态卤水湖。这让火星上存在生命的希望大增。
在地球的各种极端环境下，如火山口、深海、热泉、盐湖等等，都有不屈不挠的微生物生存着。它们的能量来源可以不是光合作用，而是各种因地制宜的办法，如硫酸亚铁氧化还原反应放出的化学能。对于这些“小强”来说，火星的环境远不算最恶劣的。因此，在火星上发现生命是相当有可能的。
未来一段时间里，掘地三尺寻找生命，就是火星探测的一个重点目标。如果真的找到了，那么这将是人类第一次发现地外生命，带来的冲击是巨大的。
7月20日，阿联酋首个火星探测器发射。在搭载“希望”号火星探测器的H2A运载火箭发射升空后，阿联酋民众在迪拜的穆罕 默德·本·拉希德航天中心欢呼庆祝。 新华社/路透
如何去火星
从地球怎么才能到火星呢？
首先来看距离。地球和火星都在围绕太阳公转，地球跑第三道，火星跑第四道。两个轨道都是接近于圆的椭圆。地球轨道跟圆相当接近，半径约为1.5亿公里。火星轨道稍微扁一点，近日点和远日点分别约为2.07和2.49亿公里。
由此可见，地火距离最近是当太阳、地球、火星三者排成一线的时候，这叫做“火星冲日”，距离最小值在0.6亿公里左右。地火距离最远是当地球和火星分居太阳两边排成一线的时候，最大值在4亿公里左右。
火星冲日是一个周期性的现象，大约每780天发生一次。为什么呢？从地球和火星的公转周期就能算出这个数值。
地球的一年大约是365天，而火星的一年大约是687天。经过780天后，地球走过了780/365=2.14圈，火星走过了780/687=1.14圈。地球比火星刚好多走了一圈。所以如果出发时日地火连成一线，那么到这里它们又会连成一线。
由此决定了，每过780天即大约26个月，就会出现一个火星探测的窗口期。在2020年的窗口期中，终于出现了中国的火星探测项目：天问一号。
下一个问题是：应该怎么去？直接飞向火星吗？
要受到引力的作用，不可能走直线。在太阳系里，最大的引力源就是太阳。除了在每个行星附近之外，在绝大部分空间起主导作用的都是太阳的引力。因此，飞船从地球到火星的旅程，绝大部分是在太阳控制下的。如果我们在途中不开动力，那么根据开普勒第一定律，飞船的轨迹就是一个以太阳为焦点的椭圆。
基于这些考虑，答案就呼之欲出了。我们走的是这样一条轨道：它在离开地球的时候与地球绕太阳的轨道外切，这是近日点；在接近火星的时候与火星绕太阳的轨道内切，这是远日点。在中间路程，它是一个以太阳为焦点的椭圆的`一部分。整个行程中，发动机只需要点火两次，就是在起点和终点。这样耗费的燃料最少，而且操作最为稳妥高效。
这样的轨道，叫做“霍曼转移轨道”。它是在1925年，由德国物理学家沃尔特·霍曼提出的。一条霍曼转移轨道的路程长达6亿公里左右，约为地火最近直线距离的十倍，需要飞行大约260天即约9个月。
如果愿意消耗更多的燃料，投入更大的成本，当然可以抄近路。这叫做“快速转移轨道”。例如，美国2018年发射的“洞察”号依靠强大的火箭和最好的时间窗口，只走了4.8亿公里，只用7个月就到达了火星。
不过，化学火箭的能力已接近上限。因此，再怎么投入也很难让从地球到火星的时间少于6个月。但是新的推进技术正在发展中，例如离子电推进和核能推进。如果这些技术成熟，地球到火星的行程有望大大缩短。
人类为何要坚持探测火星2
火星上究竟有没有生命？人类已经用50多年的探测得出了这个问题的答案，那就是没有。和月球不同，月球跟地球息息相关，且月球上还有许多珍贵的资源，所以我们要探索月球，甚至登陆月球在上面打造永久基地。可火星上又没有生命，人类为什么还要向火星发射这么多探测器呢？
人类第一个登陆火星表面的探测器，是上世纪70年代NASA发射的“海盗”号，彼时火星人的存在是人类讨论的热门话题，许多人相信火星上存在着智慧生命。但“海盗”号发回来的照片，却让人类大跌眼镜，看起来火星就像是地球的沙漠一样，虽然没有金星表面那么高的温度，但这的确是一颗红色的沙漠星球，气温差异非常大。
看上去火星根本不具备生命存在的条件。后来，人类发现了在许多原本认为不可能存在生命的地方，都发现了生命的存在，而在火星上的一些地形也显示，火星曾经似乎存在着河流和湖泊，跟原始地球差不多。如果当时火星上诞生了原始生命，那它们有可能还在火星的地底深处顽强生存也不一定！
或许是因为这样的原因，人类还在不断发射火星探测器，一方面了解火星的情况，为人类将来殖民火星做准备，另一方面人类依然怀揣着在火星发现原始生命的希望。人类文明如果想要进一步发展，肯定要离开地球的桎梏，而火星就注定会是人类的第一站。
月球只是地球的卫星，只有火星才能满足人类建立城市的梦想。不知道第一个殖民火星的，会是哪个国家呢？大家怎么看？
