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    火星!火星!

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      诺贝尔

      1 地球,唯一的家园

      茫茫宇宙,地球是我们赖以生存的家园。它看上去是多么的生机勃勃——有大海、陆地、蓝天、白云、绿树、红花……从太空看地球,我们就会发现,除了地球,我们似乎没有别的地方可以去了(Only One Earth)。

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      蓝色星球——地球

      但我们的地球却又非常渺小。这是航天史上非常著名的一张照片——暗淡蓝点。这是在1990年旅行者号飞船离开地球13年后,抵达冥王星那么远的距离时,回望地球所拍的照片。在这张照片里,我们的地球,只不过是阳光下的一粒微尘,好像吹口气就能把它吹走。

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      暗淡蓝点

      2 火星,“全村”的希望

      地球那么小,宇宙那么大,我们想要知道除地球外,还有没有那么一颗星球,适宜人类居住。这个疑问一旦萌发,首先想到的一定是月球。因为月球离地球最近,地月距离只有38万公里。而最近的行星离我们至少有5500万公里。

      但到了月球,我们发现,那儿既没有大气,也没有水,没有任何生命的痕迹。因此,科学家继续向更远的星球进行探索——金星和火星。

      到了金星,科学家发现这个地方环境更加恶劣,就像是地狱一般。金星上的温度是460℃,大气压是地球的90倍,天上下着硫酸雨,地上流着炽热的岩浆。这是一颗连机器人都只能活几分钟的星球。因此,移民金星,似乎是不太可能了。

      于是乎,火星便成为了人类移居行星的“第一候选人”。作为太阳系全“村”的希望——火星,与地球有许多相似之处:

      1. 火星的自转轴与它的公转平面之间并不是垂直的,因此火星和地球一样也有四季变化。

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      火星和地球的四季变化

      2. “洞察号”火星车曾在两年的时间里探测到火星上的四次地震,由此推测火星的内部结构和地球一样,也可分为壳、幔和核三个部分。

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      火星的内部结构

      3. 虽然火星没有像地球一样厚厚的大气层,但火星表面并不是真空的,有时还会出现沙尘暴和龙卷风。而且,在很久很久以前,火星也有浓密的大气层。

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      火星上的沙尘暴和龙卷风

      地球的直径是火星的两倍,但地球若要和火星“比高”,却不是火星的对手。下面这张图是一张火星的高清照片,可以看到画面偏左部分有四个凸起来的小包包,那是火星上四座巨大的火山。四座火山中,最高的叫做奥林匹斯山(最左边的山)。它不仅是火星的最高峰,而且是整个太阳系的最高峰,高达22公里,是珠穆朗玛峰的2.5倍。另外三座大火山的高度也都超过了1万米。画面偏右部分有一条巨大的裂缝,那是水手大峡谷。这条峡谷有多长呢?相当于从上海到拉萨的距离,长达4000多公里。在大峡谷的头部(左侧),有一块像迷宫一样的地形,叫做诺克提斯迷宫地形。

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      火星上的四座大火山和水手大峡谷

      图片来源:https://www.zmescience.com/research/technology/3d-printing-craters-mars-13112015/

      3 火星传说的真真假假

      关于火星,我们更熟悉的也许不是一些理性的数据,而是许多传奇的故事。

      这是1877年科学家通过望远镜观测火星而绘制的火星地图。在这张火星地图上,有一些奇怪的直线条。这些直线条是什么呢?有人说这是运河,人挖出来的运河。

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      1877年绘制的火星地图

      后来天文学家罗威尔在《纽约时报》上发表了一篇文章。他说火星人花了两年的时间挖了两条巨型的运河。因为他们遇到了严重的旱灾,所以他们要紧急开挖运河,运送南北极的冰雪融水来挽救火星上的赤道农业。他的这篇文章引发了当时民众的恐慌。人们害怕,万一火星人在火星上生存不下去了,他们就要来进攻地球了。

      但后来我们发现所谓的火星运河根本不存在。下面两张图,左边是布满运河的的火星地图,右边是真正的火星。你看,所谓的直线条根本就不存在。但是那些暗斑画得还是比较准确的。

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      今天的火星地图和真实的火星

      这是“海盗号”航天器在在火星上拍到的一张照片,叫“火星人脸”。大家可以看到火星人有眼睛、鼻子和耳朵。

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      “海盗号”航天器拍摄的“火星人脸”

      后来有一个航天器——火星快车,它拍这个人脸的时候发现所谓的火星人脸原来是一座山。地球上也有这样的山,一般被叫观音山或者卧佛山。

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      “火星快车”航天器拍摄的“火星人脸”

      这是一个火星车拍到“火星人”在火星上晒太阳。科学家为了了解为什么会有人在晒太阳,他们把前几年拍的照片找了出来,发现这个人已经在那晒了三年。原来 ,那就是块石头。

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      “好奇号”火星车拍摄的“晒太阳的火星人”

      由此可见,科学家也会犯错。只有不断地深入了解,才能修正错误,逐渐接近真理。

      4 火星上有生命吗?

      传说归传说,我们对于火星生命的好奇从未减弱过。幸运的是,“好奇号”和“凤凰号”火星车似乎已经找到了一些蛛丝马迹。

      “好奇号”2012年登陆火星。在这7年时间里,“好奇号”一直在爬山,甚至已经跑完了一整个马拉松的距离。在爬山的路上,它看到了一块石块,觉得这石块非常有意思。经过取样和检测,它发现,这块石头在几十亿年前被水浸泡过了很长时间。这便是火星上曾经有水的证据。

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      “好奇号”钻孔研究岩石成分

      “好奇号”路过了许多条“曾经的河流”。有一条就是下图中箭头所指的地方。现在这条河流的已经完全干掉了,但是两岸还有很多河水冲刷的痕迹。

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      火星上曾经的河流

      这是火星上的一条河流。它冲破了山谷,形成了一块三角洲。“好奇号”火星车在那儿发现了一片鹅卵石。在地球上,人们也找到一片类似的鹅卵石。而找到鹅卵石的那片地方曾经有一条潺潺流动的小溪流。那么,火星上可能也有同样的小溪。但是那条河里面有螃蟹吗?有小鱼吗?我们无从知晓。

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      火星上的冲击扇

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      溪流遗迹与鹅卵石(A:左火星,B:右地球)

      “凤凰号”火星车在火星表面用铲子挖了一条浅浅的沟。它发现这沟里面有几个冰块,4天之后冰块没有了。它还在自己的着陆腿上发现了一些露珠,过了几天之后露珠也消失了。这说明火星的空气中和土壤里是有水的。所以,将来去火星就不用带水了。

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      “凤凰号”发现的冰块和露珠

      火星上不仅有水的痕迹,还有微生物可能存在的证据。“好奇号”火星车“闻到”了火星上的气体中含有甲烷。我们都知道,地球上的甲烷是微生物产生的。那火星上的甲烷是怎么产生的呢?这能说明火星上也有微生物吗?这个证据也许没有那么充分,火星上的甲烷有可能是由微生物产生的,也有可能是由水和石头发生化学反应而产生的。

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      火星上甲烷的可能来源

      5 火星!中国来了!

      在火星探测的浪潮中,中国也不甘落后。7月23日,中国在海南文昌航天发射场发射了火星探测器,这次火星探测任务名称为”天问一号”(“天问一号”的火星车还未命名,等待你来给它取个美好的名字)。7月20日和7月30日,阿联酋和美国分别也发射了火星探测。为什么火星探测器都在今年7月份发射呢?

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      天问一号

      因为2020年7月-8月是火星探测的“窗口期”。在这段时间内,火星在地球前方44°。当火星探测器发射后,地球沿着蓝色的轨道运行,火星沿着红色的轨道运行,探测器则沿着绿色的轨道去往火星。这条绿色的轨道就是地火转移轨道,也就是大名鼎鼎的霍曼转移轨道。这条轨道有什么特别之处呢?——这是最省能量的一条轨道。只有当火星在地球前方44度时,航天器才能进入霍曼转移轨道。一旦错过,就需要再等26个月。

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      从地球到火星的最佳路线

      还有一个重要的时间点——2020年的10月14日。那天,太阳、地球、火星在天空中排成一条直线,我们称这个现象为火星冲日。这个时候火星和地球的距离是最近的,是用望远镜观测火星的最佳时机。

      说回“天问一号”。7月23日,“长征5号”(也就是我们熟悉的“胖五”)火箭在文昌发射火星探测器“天问一号”。航天器需要在太空中飞行六个月后才能抵达火星。到了火星附近,它会紧急刹车,被火星的引力捕获,成为环绕火星的卫星。当“天问一号”寻找到一个合适的窗口,它就会钻入火星的大气层。从钻入火星大气层到着陆,只有短短七分钟的时间。但是,火星上的信号传回地球需要十几分钟。因此,在这“黑暗七分钟”里,它只能听天由命。

      理想的状态是,当降到一定速度时,航天器会打开降落伞进行减速。再降到一定速度的时候,着陆器会撑开着陆腿,“啪叽”一声落在火星表面。然后伸出来两根悬梯,把火星车开到火星表面。接着,火星车像只蝴蝶一样张开翅膀,翅膀上的太阳能板会吸收火星上的太阳能,它就能缓缓地走起路来。

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      火星探测器打开降落伞减速

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      撑开着陆腿 伸开悬梯

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      火星车打开太阳能板

      6 想去火星生活吗?

      在电影《火星救援》中,火星上可以种土豆。那么,火星上真的能种土豆吗?我们先来分析一下火星的温度:火星的平均温度为-55℃左右,最高温度为20℃左右,最低温度为-100℃左右。在这么寒冷的情况下,露天种土豆是肯定不行的。再来看看火星的土壤成分:火星土壤成分跟地球土壤成分很相似,但是它缺少有机质和微生物。所以在火星上,想要直接种土豆是不可能的。那有没有比土豆更好的作物?科学家就在地球上模拟火星的土壤,在上面种植物,希望筛选出那些能够在恶劣环境下生存的物种,把它们送到火星上去。

      有个比较害羞,但是每天都无法避免的问题:“航天员在太空是如何上厕所的?”宇航员的尿会经过机器处理,变成干净的水。因此,在宇航员之间流传着这么一句话:“我们今天喝的咖啡就源自昨天喝下去的咖啡。”我们都知道,在太空中是没有引力的,因此在宇宙飞船的卫生间有一个吸力装置,用于吸入排泄物。最后,宇航员排出的粪便会被打包起来,等回到地球上再丢弃。

      最后,用三句话总结全文:地球是人类的摇篮,将来会成为人类的故乡。月球是地球唯一的天然卫星,将来会成为永不坠落的天然空间站。火星是最像地球的行星,将来会成为太阳系文明的重要分支。
      火星!火星!
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