高爽·天文学前沿报告

嫦娥五号带回的月球样本，揭示了什么奥秘？

火星上有没有水，能支持人类生存吗？

外星人给地球“发信号”，是真的吗？……你是否也对宇宙有各种奇思妙想？得到刚刚上线的新课《高爽·天文学前沿报告》，满足你的好奇心。
这门新课的主理人是德国海德堡大学天文学博士高爽老师，他先后在中科院国家天文台和北京师范大学做研究。不但天文学功力过硬，而且还懂知识服务，能把星辰大海的故事讲得浪漫又有趣。

今天为你分享的内容是火星探索的新成果。火星上是否有生命存在？人类移居到火星的想法，有可能实现吗？一起来看看高爽老师是怎么说的。

你好，欢迎来到《天文学前沿报告》，我是高爽。
今天，我要向你分享一下火星探索的新消息。2021年10月，美国毅力号火星探测器团队在《科学》杂志发表论文，宣布了火星探测的成果。不到一个月之后，中国的天问一号火星探测器科研团队，在科学期刊《伊卡洛斯》发表论文，也发布了独立的探测成果。这两个团队证明了火星上储藏着丰富的水，而且这次探测还为人类移民火星埋下了可能性。火星是目前人类找到的跟地球环境最接近的星球，不仅大小尺寸和地球是同一个量级，而且也像地球一样属于岩石结构的行星，火星甚至还有大气层。由于火星和地球很像，所以它一度成为人类幻想外星移民的目的地，就连科学家在对火星进行探查的时候，也会把是否适合人类生存作为一项重要的探查任务。比如，火星上有没有水，有没有供人类呼吸的氧气？有没有可能改善火星的环境，让它变得适合人类居住？可以说，人类对于火星的探索一直都没有停止。到目前为止，世界各国相继发射了50多次探测器前往火星，其中20多次探测任务都取得了成功。那么，这次中美两国的火星探测是怎么证明火星储藏着丰富的水的呢？除此之外，它们还有哪些新发现？下面我就来给你讲一讲。

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天问一号我们先说中国的天问一号火星探测器。天问一号进入火星的轨道后，先是环绕火星飞行，接着分离出了携带火星车的着陆器，在选定好的位置上降落。降落后的着陆器再放出祝融号火星车，由火星车对火星的表面进行巡视探测。
值得一提的是，祝融号火星车的着陆位置非常讲究，选在了火星北半球的乌托邦平原。为什么选择这个地方呢？因为有两个好处：一是这片区域的地形比较简单，着陆的成功率高，也更容易探测；二是因为，这里可能是过去火星上的海洋和陆地的分界线。也就是说，研究这里的地质结构，不仅有机会了解火星的陆地特征，而且还有机会了解过去火星上海洋的特征。当然，光找对了地方还不够，要在火星表面进行探测，离不开强有力的科研仪器。祝融号火星车除了配备常规的仪器，比如照相机、风速计、温度计和红外线成像仪器等等，还装备了一种新仪器，中文名叫次表层探测雷达。这个雷达的名字有点拗口，其实工作原理跟其他的雷达差不多，只是探测功能更强大。它利用专门的雷达回声技术，可以探测地面下有没有藏着特殊材质的东西，这是人类第一次在火星上使用这项技术。过去的探测主要集中在火星的表面，火星车只能走马观花。但装备了次表层雷达，就可以透视地面以下的结构。如果地面以下是岩石和土壤，它可以看到几十米的深度。如果地面以下是水和冰，它可以看到上百米的深度。装备了次表层探测雷达，火星车能探测到的信息就有了质的突破。依靠这件新装备，祝融号火星车发现了火星地下有沉积的泥沙结构，还发现岩石中富含结晶体。这不仅意味着，在过去火星的表面有大量的水，还意味着现在的火星地表下依然储藏着丰富的水。中国的天问一号首次探测火星就获得了非常大的成功，发现了火星上储藏着丰富的水，而且这个发现并不是一家之言，美国的毅力号也得出了相同的结论。

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毅力号毅力号没有环绕火星飞行，而是直接降落在了一个陨石坑里。根据之前的研究，这座陨石坑形成于36亿年前，直径接近50公里，相当于北京的六环路包围的范围。根据估计，这座陨石坑四周相对封闭，如果火星表面曾经存在大量的水，它很可能被水填满，成为一个巨大的湖泊。所以分析这里的样本，就有可能找到湖泊的痕迹。
毅力号火星车也装备了次表层雷达，而且它还携带了一架无人飞机。不仅如此，它还有一个能敲碎岩石的机械臂，这些设备对于火星探测来说，可谓是如虎添翼。在无人机的协助下，毅力号探测的结果显示，它降落的陨石坑过去确实是一个巨大的湖泊。地球上湖泊的各种特征，比如沙洲、河口和沉寂的泥沙，在这里都能找到。科学家还推断出，这个湖泊大部分时间都比较平静，但在最后，不知道什么原因引起的气候变化，导致了湖水猛涨，洪水泛滥。你看，中美两国的火星车虽然降落在了不同的地方，但是它们的探测结论却非常类似，都证明了火星上有水。你可能会好奇，为什么中美两国的火星探测器竟然会同时飞到火星工作？其实这不是什么巧合，同时工作的还不止它们俩，阿联酋发射的希望号火星探测器，此刻也正在绕着火星飞行。为什么大家要扎堆儿去火星呢？当然不是为了凑热闹，而是因为地球到火星的距离太过遥远。想尽快赶到火星，又节省燃料，就必须选择最佳的发射窗口期，这样航行的总路程才会最短。一般来说，去往火星的发射窗口期，每2年多才会出现一次。2020年的7、8月份就是一次窗口期，所以阿联酋、中国和美国才会不约不同地选在这个时候发射。三个国家的火星探测器，沿着差不多相同的路线，耗时半年，在2021年的年初赶到了火星。但是，与中美两国的探测器不同，阿联酋的希望号并没有着陆，而是选择环绕火星，从外围进行观察，所以我这里就不多介绍了。我们说回美国的毅力号火星车，它着陆后，除了巡视探测，还利用机械臂采集了火星的岩石、土壤和空气样本，封装在容器里。这是为了等待未来的火星探测器取回这些样本，让地球上的科研人员能更仔细地研究火星上的物质。不仅如此，毅力号火星车还肩负着另一项重要的使命：它要尝试在火星上制造氧气。这可不是小事。我们前面说过，火星上是有水的，水是人类长期生存必不可少的资源，虽然火星上的水主要储存在地表下面，但总是有办法获取的。可是，如果不能在火星上制造氧气，那么即便到处都是可以直接饮用的水，人类也没办法在火星上生存。也就是说，毅力号的实验，直接关系到火星移民是不是可行。

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未来的火星移民你要知道，火星上的大气比地球稀薄很多，而且主要成分是二氧化碳，人类在火星上根本无法呼吸。但是，要把大量的氧气从地球带到火星去，既不划算，也不可持续。所以最好的办法就是，能直接在火星上制造氧气。
你一定已经想到了，植物在进行光合作用的时候，会利用二氧化碳制造氧气，这是成本最低，也最可持续地获取氧气的方式。但是，远水解不了近渴，想要在火星上大量栽种植物，就得先有一部分人移民到火星。而要让早期移民到了火星能够呼吸，只能派机器人提前去火星上，就地取材制造氧气。而毅力号就肩负着造氧先头兵的使命，它要先试试能不能在火星上制造少量的氧气，为将来更大规模的造氧计划探探路。听到这里，你一定想知道，毅力号到底成功了没有？我很想卖个关子，但还是告诉你吧，它成功了。那它是怎么做到的呢？毅力号火星车上携带了一台特殊的小设备，个头不大，尺寸相当于一台家用微波炉。它的功能是收集火星上的二氧化碳，然后用自带的电池放电，把二氧化碳分解成氧气和一氧化碳。这台设备在2021年4月首次实验取得了成功，工作1个小时转化了5.37克氧气。这个成果相当于一位宇航员呼吸10分钟的耗氧量，是人类首次在别的星球上就地取材创造出的生存资源。这台设备在未来2年内还会再做9次实验，逐渐扩大制氧量。如果计划中的9次实验全都能成功，美国宇航局下一步就计划把一个200倍放大版的实验装置和配套的大电池，送到火星。到时候，这台大号装置每小时可以转化2000克的氧气，这个量相当于两名宇航员一天的呼吸用量，完全能支持未来早期移民在火星呼吸的需要。你看，2021年人类对火星的探索，已经在为将来的星际移民做准备了。我们预计，15到20年之内，人类就有可能登上火星。过去认为的科学幻想，在2035年左右就会变成现实，想想还真有点小激动。