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高爽·天文学前沿报告

葡萄树 得到课程 2022-02-26 10:02:09 583 0
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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。


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