现在人类能走出地球去探索宇宙啦,这就表明人类科技发展速度那可是相当快呢。人类走出地球瞧见宇宙后,好奇心被宇宙的浩瀚给吸引住啦,就想知道宇宙到底有多大,宇宙里是不是还存在别的生命。带着这些疑问,人类就踏上了探索宇宙的路。不过呢,宇宙空间实在是太大啦,所以目前人类探索得最多的还是太阳系内。在太阳系里,离地球最近的行星是金星和火星。金星被科学家叫做地球的姐妹星球,它的体积和质量跟地球差不多,但从温度方面来讲,金星比水星还热呢,能达到 480 摄氏度左右,是太阳系除了某些天体外最热的。它表面的大气超惊人,是地球表面的 92 倍,就跟 1000 米深的海域压力一样。天空中飘的云有时候会下雨,不过跟地球上的雨水不一样,金星上面下的是酸雨。
为了探寻金星的奥秘,科学家们以前可没少下功夫。1960 年 3 月 11 日,美国率先向金星发射了「行星探测器 1 号」,结果因为电池出故障,无线电通信中断,失败啦。1962 年 7 月 22 日,美国又发射了「行星探测器 2 号」。倒霉的是,升空才几分钟,火箭就偏离航线,往卡纳维拉尔角附近人口密集的地方飞过去,地面控制中心为了安全,就把火箭自毁按钮按了。「行星探测器 1 号」和「行星探测器 2 号」是互为备份的「金星探测器」。这俩探测器本体直径大概 1 米,高度 0.36 米,靠太阳能供电,还带了备用电池,以防万一。1962 年 8 月 27 日,作为备份的「行星探测器 2 号」出发啦,发射很顺利,升空半小时后,就朝着金星飞过去了。
当年 12 月 14 日,「它」在距离金星 34838 公里处飞过,把对金星的逼近考察给完成了,接着就成了人类首个成功飞掠另一颗行星的探测器。最先抵达金星的探测器是金星 3 号探测器,1966 年的时候它在金星上着陆了,可它的系统没传回任何信息,所以科学家就把这个探测器给放弃了。金星 7 号在 1970 年搭载火箭发射成功了,12 月 15 日在金星表面成功登陆,给人类探索金星提供了很宝贵的数据。通过这些数据我们能知道,金星是个环境特别恶劣的星球,金星表面的环境,别说对生命了,就算对金属做的人类探测器来说也是一场噩梦。人类以前发射过好多探测器到金星表面,好多都瞬间就被毁了,剩下的也坚持不了多久。那些在太空中绕着金星公转的人造卫星,又因为金星大气太浓厚,没法在高空看到金星表面。
后来科学家慢慢对金星的探索变少啦,然后把目光转到火星上去啦。火星是颗红色星球,咱古代叫它荧惑。火星离太阳最近大概 2.065 亿千米,最远大约 2.491 亿千米,它在天空中的高度会随着离地球距离变化而变,最暗时视星等大概是+1.5 。火星公转轨道偏心率是 0.09,是椭圆形,轨道半径 1.52 个天文单位。火星在轨道上跟地球的会合周期是 779.87 天,差不多每 2 年 2 个月,火星就接近地球一次。当地球和火星运行到太阳同一侧,差不多成直线时,就叫「火星冲日」,每隔 15 年到 17 年相距特别近,这叫大冲,这时候是观测火星最好的时候。为了探索火星奥秘,科学家给火星发射了好多探测器呢。
1964 年的时候,水手 4 号那可是人类第一个飞过火星并传回照片的探测器呢。它在离火星 1 万公里的地方拍了 21 幅照片,把火星表面布满陨石坑那种死寂的景象给揭示出来啦。登陆火星可不容易哦,得先解决地球的大气层问题,穿过大气层会有巨大的摩擦和高温呢。现在我们用隔热罩来对付这个问题,可火星的大气层比地球稀薄 100 倍,降落伞的效能就大大降低啦,传统的降落伞在火星上根本没啥用,得用复古火箭着陆。而且火星大气层的温度可能超过 2000 摄氏度,得好好保护航天器别被高温融化了,所以科学家用了特殊的太空舱,里面用一种叫气壳的烧灼材料来吸收和带走热量。火星大气层薄,降落伞效果就变差啦,得用反冲火箭来保证探测器安全。
2021 年 2 月 10 号那时候呀,带着天问一号到火星的祝融号,那可是咱国家自主研发的第一辆火星车呢。同年 5 月 14 日,它成功在火星北半球的乌托邦平原着陆啦。中国呢,就成了继美国之后第二个能把巡视器弄到火星表面的国家啦。之前呢,苏联和美国都往火星发射过探测器哦。1960 年的时候,前苏联的科学家把火星 1 号探测器发射到火星啦,这算是人类探索火星的开头呢。1964 年,美国成功发射了水手 4 号探测器,这可是人类第一个登上火星的探测器哦。咱国家的祝融号火星车有 200 公斤重呢。它用了好多厉害的东西,像高性能纳米凝胶隔热保温材料,这材料密度比空气还轻呢,能挡住火星表面低到 120 摄氏度的超冷,还能抵挡着陆发动机产生高达 1200 摄氏度的高温。
在祝融号的顶部装着一个模样像双筒望远镜的设备,科学家叫它集热窗,它能直接吸收太阳能,接着利用正十一烷这种物质储存能量。白天火星温度升高时,这种物质吸热就会融化;到晚上温度下降,它在凝固过程中就会释放热量,效率特别高。在「祝融号」着陆平台的太阳翼设计方面,设计团队尝试了很多方案,像一个圆盘形、两个圆盘形,甚至类似蝙蝠翅膀的样子。最终,「祝融号」太阳翼进化成 4 片且向后展开,这样火星车到火星表面再向前驶离着陆平台都没问题。不过要是向后走,后面两个太阳翼就会触地,所以又进一步调整,把后面太阳翼朝侧后方调了一定角度。祝融号主要由轨道器、登陆器和巡视器这三部分构成。
其中轨道器的任务是环境监测和数据传输,登陆器主要是把巡视器稳稳地送到火星表面。巡视器呢,负责在火星表面实地勘察和做科学实验,它携带了好多科学仪器,像气象、地质、物理这类探测设备,还有一个火星地面穿透雷达,用来探索火星地下水的分布。并且,针对火星冬季极低温和沙尘天气,科学家选用了发电效率最高的砷化镓太阳帆板,还在上面涂了一层防尘涂层,这些涂层能有效降低火星灰土在表面的附着力,就跟下雨天荷叶上水珠越来越多但雨和荷叶不粘连一样,微风一吹水珠就掉了。另外,「祝融号」的太阳翼有定向追踪功能,原理就跟向日葵似的,能一直面向太阳,这样就能最大程度获取太阳能啦!
而且专门给祝融号火星车设计了自主休眠模式呢,等能源降到一定程度,系统就会自动进入休眠啦,等光照条件变好后,又能自主转为工作模式哦!这样就能保证火星车顺利度过火星寒冷的冬季啦!前些日子,科技日报说啦,祝融号发现火星低纬度地区有液态水,这可把好多科学家都激动坏啦,要知道水可是生命之源呀,地球上的生命最早就是在水中诞生的呢,科学家觉得呀,地球上的生命都是从简单生物进化来的,从最初的单细胞生物进化成多细胞生物,再由多细胞生物进化成海洋生物,接着由海洋生物进化成两栖生物,然后由两栖生物进化成陆地生物,人类就是由陆地生物猿类进化来的哟,而地球上能有这么多水资源,主要得感谢彗星呢,科学家认为地球上的水资源都是彗星带来的。
科学家在彗星的长尾里探测到好多水分子嘞,这就表明彗星内部有水呀,柯伊伯带那些大大小小的天体里也都有水呢。那这些水到底是从哪儿来的呀?又是咋产生的呢?咱都知道水分子是由两个氢原子和一个氧原子通过共价键给连接起来的,氢在宇宙里那可是最丰富的化学物质啦,差不多占所有重子质量的 75%呢。氧呢,是在大质量恒星内部的核聚变反应中产生的,它在银河系里的丰度排第三,就跟在氢和氦后面。这样看来,水的主要原材料在宇宙中不但不缺,反而是超级丰富的。氢气能很轻松地在氧气里燃烧,还能发出热量生成水,这就说明氢和氧化合的门槛并不高。大质量恒星一般在星云中形成,那星云中散布着好多氢原子和氧原子呢。恒星形成的时候会有强烈的气体和尘埃风扩散开来。当恒星形成过程中巨大的冲击波向周围扩散时,它会把附近星云中的气体给压缩并加热,里面的氢和氧就大量结合,很快就生出水啦。
这些由恒星能量生成的水气会被持续往远处吹,随着距离变远,它们就冷却并聚拢起来,从而形成水冰。太阳系早期那会儿,环境不稳定,经常有彗星胡乱飞,好多彗星朝地球飞来并撞击到地球,把水资源留在了地球,时间长了地球的水资源就越来越多,慢慢就成了现在这样。不过火星的水资源跟地球比,那可差远了,现在火星上水资源特别稀少,要诞生生命挺难的。前阵子,丹麦哥本哈根大学星体和行星研究中心的一个研究团队在【科学进展】杂志上发表了一篇关于火星的研究论文,这个团队觉得,火星在 45 亿年前有大量液态水,深度达到 300 米。
这表明火星早期的水资源比地球的还多呀,那为啥火星成了现在这样呢?从探测器传回来的图片能看出,火星上有冰盖和超稀薄的大气层,火星表面有沉积结构,地表下面有富含硅酸盐的岩层,甚至还有赤铁矿颗粒呢,这些发现都意味着水曾经能在火星表面自由流动。不过科学家觉得,火星上的水资源已经消失快 10 亿年啦。科学家猜测,早期的时候,有一颗很大的行星撞击了火星,让火星的磁场没了,这就使火星变成了一颗荒芜的星球。磁场对生命可重要啦,能紧紧抓住大气层,不让大气层被太阳风吹跑。我们的太阳隔一段时间就会释放出强烈的太阳风暴。
科学家研究后发现,太阳一直有着高强度的物质转换呢,它内部的核聚变会让原子核相互碰撞和交错,这个过程会释放出超多能量,这些能量能转化成太阳的光能和热能。不过呀,这个转化过程不是一直稳定的,太阳表面经常会有大规律的物质爆发,像太阳黑子、太阳耀斑之类的就是具体形式,每种都能把大量高能物质抛向太空。那啥是太阳黑子呢?太阳是由日核、光球层、色球层和日冕层组成的。我们用天文望远镜观测到的黑子,就是在光球层形成的一种现象。科学家研究得出,太阳表面温度高达 6000 摄氏度,核心温度高达 1500 万摄氏度,同时太阳表面密度很小,只有水的 100 亿分之一,可太阳中心密度却是水的 110 倍。这么大的密度差再加上里外的温度差异,就引发了太阳中物质的大规模运动,黑子就是其中之一啦。
太阳耀斑是由太阳黑子引发的爆发活动哦,太阳黑子的磁场结构那叫一个复杂呢,它的磁力线特别容易乱掉。要是磁场里的磁能太多啦,就会通过太阳活动给释放出去,太阳耀斑就像是一场磁能的大爆发。火星大气层稀薄是太阳风暴造成的呀,因为没有磁场保护,大气层就没法抵抗太阳风暴的袭击,这才让火星变成了现在这样。大气层对生命那可是超级重要的呢,要知道它能抵挡宇宙里各种辐射还有太阳光的紫外线呢。要是没有磁场保护,宇宙中的辐射和太阳光紫外线就会直接照到生物皮肤上,对生物影响可大啦。由于火星上大气层稀薄,所以火星上的生命都死掉啦,虽然这都是科学家的猜测,但还是有点道理的。
到现在呢,祝融号在火星上工作快 300 个火星日啦,一共跑了 1900 多米呢,在火星表面留下 4000 多个字,弄了超 10GB 的数据。从祝融号带的光谱相机那得来的科学数据呢,咱国家第一次在火星表面发现了海洋沉积岩和岩石学的证据,靠着这些数据成功证明火星北部以前有过海洋。不过祝融号的火星探测路可不平坦,2022 年 5 月的时候,它遇上特大沙尘暴就冬眠啦,可冬眠之后就没再醒过来,主要是火星环境比地球恶劣多啦。根据科学家研究知道,火星距离太阳大概 1.5 个天文单位,这距离比地球到太阳远了 7000 多万公里呢。就算祝融号用正十一烷蓄热机保温,可它的着陆点是 25.102 度 N109.914 度 E,在火星北回归线附近。
冬天会更冷呀,白天温度大概也就零下 107 摄氏度。晚上的时候祝融号火星车就会休眠。2022 年 5 月 18 日,祝融号进入了休眠状态,预计 12 月初能醒来。可到现在呢,祝融号火星车还没醒来,这可把好多科学家急坏啦。要是祝融号醒不过来,那它的旅行就结束啦。得等光照和气象条件达到唤醒标准,「祝融号」自己才会醒来。总共就两个条件呢。
舱内温度得比 -15℃高,太阳能发电得满足火星车当天最少的用电量,得达到 140 瓦。这俩条件同时满足了,它就会自动开机,接着跟咱地面联系,继续干自己的探索活。所以,这俩条件看起来好像也不难嘛,那为啥祝融号没醒呢?科学家觉得,除了火星温度低,祝融号还被沙尘给累积了。要是沙尘沉积超过了我们能承受的 40%,那火星车就永远醒不过来了。作为中国首次火星探测的火星车,没醒也没啥遗憾的,中国祝融号大概能活 90 个火星日呢。从实际情况看,它已经远超我国设计寿命啦,实际工作都有 347 个火星日了,算是超额完成目标啦。就算祝融号一直不醒来,科学家也不会放弃探测火星的,按火星计划,天问二号基本完成初样研制工作啦,发射日期大概在 2025 年左右。
现在除了咱中国的祝融号呢,美国的毅力号也在火星上搞探索啦。毅力号火星车飞了 6 个多月,成功降落在火星表面的耶泽罗陨石坑。作为美国花 27 亿美元的火星 2020 任务的主角,大家肯定都好奇毅力号是咋登陆火星的吧。「毅力」号是 NASA 的第 5 辆火星车,也是 NASA 第 9 次着陆火星。作为 NASA 花 27 亿美元的「火星 2020」任务的绝对主角,「毅力」号登陆火星的方式和 2012 年的「好奇」号火星车一样,都用了「空中起重机」。从地球到火星,「毅力」号得飞 203 天,4.72 亿公里呢。等飞到火星大气层顶部,「火星 2020」任务就开始执行进入、下降与着陆阶段(EDL)啦,这时候航天器的飞行速度能达到每小时 19500 公里。「毅力」号进入火星大气后,跟大气摩擦,温度能达到大概 1300 摄氏度的峰值。
「好奇」号火星车和「毅力」号火星车用的是降落伞+缓冲发动机反推+空中起重机这种着陆方式,能满足更重探测器的软着陆需求,还能精准着陆呢。「毅力」号搭载了很多先进科技,其中首先就是核动力啦。很多看过照片的朋友都能发现,它跟我们的祝融号不一样,从外表看,「毅力」号没有太阳翼,这是因为它采用了核动力驱动。「毅力」号的 MMRTG 系统大概重 45 千克,用 4.8 千克的二氧化钚作为稳定供热的源,能产生大概 110 瓦的电能,预计在十几年的任务周期内都能保持这个发电水平。「好奇」号的 MMRTG 系统初期能提供约 125 瓦的电力输出,预计 14 年后还有 100 瓦,两者的核动力系统配置差不多。核动力最主要的好处就是不怕火星上的寒冷天气。
它的核心是个像啤酒桶那么大的核电池,这核电池被叫做放射性同位素热电发电机。跟地球上发电的核反应堆不一样,RTG 不需要启动或维持裂变反应来发电,而是被动地收集钚 -238 衰变产生的自然热量,再把这些热量转化成电能,能稳定地给航天器提供几十年的能量和热量。另外,毅力号配备了机械臂,机械臂上有空心钻头等各种末端执行器,这个机械臂能让火星车对岩石进行更深入的研究。除了这两个高科技,还有第三个高科技,就是它携带的机智号火星直升机。登陆火星一年内,机智号在火星上一共飞行了不少于 12 次,飞行时间不低于 1300 秒,飞行距离超过 2.5 公里,这大大提升了火星探测器的效率。「毅力」号成功登陆火星一周年,做了很多重要工作。
比如说呀,除了不停地打孔以外,还第一次在火星上成功合成了氧气呢,这就给人类将来移民火星打下了技术基础。「祝融」号可是我们的第一辆火星车呀,虽说技术水平跟「毅力」号、「好奇」号比还有差距,但比美国的第二代火星车「勇气」号、「机遇」号还是有一些优势的。从探测器对火星的研究能看出,火星上面虽然还没发现生命,但火星环境确实比金星环境要好些,不过和地球环境比那肯定是不行的。在太阳系的其他行星里,火星还是值得去探索的,而且很多科学家都觉得,人类未来有可能会移民到火星上去呢。曾经那个很有名的企业家马斯克说,他要在 2050 年之前在火星上建立自己的工厂,虽然很多人不认可他这个想法,但他已经在朝着这方面努力啦。
马斯克想搞一个能有一百万人规模,还能在火星上持续自给自足的社区,得把一些人和物资送上去。虽说前段时间马斯克的星舰发射失败了,但这可不能证明人类移民火星就实现不了。在航天领域,Spacex 星舰绝对是一种有革命性的技术。它作为超高性能的火箭,成功发射能给人类航天事业带来深远影响。据了解,Spacex 星舰直径 9 米,全长 120 米,起飞重量超 5000 吨。可回收时能把 150 吨货物送太空,不可回收能送 250 吨。它的一级推进配 33 台猛禽 2 发动机,单台推力约 230 吨,火箭起飞总推力达 7590 吨。跟我国最强的长征五号火箭比,它推力是长征五号的 7 倍。长征五号长 5 米,起飞重量 878 吨,能把 25 吨货物送进地球同步轨道附近。
Spacex 星舰搭载的猛禽发动机是以低温液态甲烷和液氧当作推进剂的。这种发动机的性能超棒,能给星舰提供超大的推力,并且在火星上直接生产也挺方便。但就人类现在的科技而言,就算能飞到火星,要在那生存下来可太难啦,因为得改造火星环境呀,火星上没食物,没可喝的水,昼夜温差巨老大,大气还特别稀薄,在这种情况下,人类现在移民到火星根本活不下去。要真正实现火星移民,就得改造火星,可现在登陆火星都得 9 个多月呢,改造火星可不简单哦,但大家别灰心呀,2050 年离现在还远着呢。
人类是地球上最有智慧的生命啦,咱人类的科技一直在进步发展呢。只要咱人类坚持不懈地努力,未来随着科技进步,移民火星可能就不是啥难事啦。而且呀,火星可不是人类的终极目标哦,要知道火星也在太阳系里呢。太阳留给人类的时间大概也就 10 亿年啦,10 亿年后太阳温度会升高,到那时候人类就得移民到太阳系外啦。虽然现在人类在太阳系外发现了好多类似地球的行星,但这些行星离我们太远啦,人类现在还飞不过去呢。不过未来这些都有可能实现哦。俺希望人类能早点实现自己的梦想,大家有啥想说的呀?