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明明距离地球最近的行星是金星,全世界却都赶着去探测火星?

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明明距离地球最近的行星是金星,为什么全世界却都赶着去探测火星?

人们在衡量一件事是否值得去做时,往往会通过两个方面的因素去考虑,一个是操作性,另外一个就是代价,操作性决定着可行性,而代价决定着产出投入比,只有具有一定可行性且产出投入比达到可以接受的程度时,方可行动实施。这一点在天文探测方面同样适用,当然无论是发射卫星也好,还是载人登月,抑或对地外行星进行探测,无疑都是非常“烧钱”的举动,花这么多钱必须要实现相应的研究价值和国际影响力,否则将是徒劳,毫无意义。

金星曾经是地外探测首选之星

金星是除了太阳和月亮之外,天空中亮度最高的星体,比遥远的恒星-天狼星还要亮10多倍,因此人类对于金星的观测历史非常悠久,正因为它在夜空中的独特魅力,我国的古人很早就以“金”字为其冠名。进入20世纪,人类科学技术迅猛发展,特别是中叶以后天文学的突飞猛进,极大地推动了对地外天体的观测和近距离探测步伐,除了地球唯一的月球之外,金星成为了人类最早想要“征服”的行星。

从金星所处的位置来看,其作为地外探测的首选目标也不令人意外。金星与地球、火星同样处于太阳系的宜居带,并且是距离地球最近的行星,最近距离仅有4100万公里,是月地距离的100倍多一点,这个距离要比地球另外的一颗近邻行星-火星与地球的最近距离短1400万公里。如果按照人类航天器的飞行速度测算,到达金星只需要100多天,而到达火星则至少需要200多天,这个时间差距对于探测器发射火箭推力、燃料贮备等都会带来巨大的差别,探测金星从花费的成本来看似乎要比探测火星来得实际的多。

从金星的外表特征来看,金星的半径6070公里,和地球的6370公里差别不大,其体积约为地球的88%,质量约为地球的80%左右,从质量和体积大小来看,金星简直就是地球的“孪生兄弟”,因此从这一方面看,对金星探测,对于揭示地球和太阳系的形成演化规律、探索地外生命形式等都具有重要意义。

也正因为以上原因,从前苏联1961年发射第一颗金星探测器-金星1号以来,人类共向金星发射了46颗探测器,其中包括飞掠探测器、轨道探测器、坠落探测器、1软着陆探测器和气球探测器等。不过金星1号在发射之后不久,在距地球750万公里时失联,任务失败。后来在1962年美国发射了“水手2号”探测器,成功在距离金星3万4000公里处掠过,并向地球传回了近距离观察金星的第一批资料。1967年美国发射的“水手5号”探测器也实现了飞掠金星的目标,也向地球传回了大量更加丰富和清晰的图像。

金星表面严酷的自然环境

虽然水手2号和水手5号传回了一些关于金星的照片,但是毕竟是从高空“俯拍”而来,并未深入到金星表面,人们对于金星表面的环境特征并未准确掌握。后来,在1970年,前苏联在总结以往失败教训的基础上,成功发射了“金星7号”探测器,并成功实现在金星表面的软着陆,向人类第一次发回了关于金星表面环境状况的资料。

在“金星7号”穿过金星大气层的过程中,对金星大气层的基本情况和组成结构进行了监测,在降落到金星表面以后,还对金星表面的温度和大气压强情况进行了及时监测。结果表明,金星的大气层非常浓密,主要成分是二氧化碳,地表温度470摄氏度、大气压为90个标准大气压。只不过在如此高温高压下,探测器的耐受性支撑不了多久,20多分钟后金星7号就失去了联系。

在此后的40年时间里,又有一些金星探测器被发射出去,几个探测器软着陆以后工作的时间也不长,另外一些探测器在围绕金星运行的同时,对金星的大气层又进行了比较深入的探测,结果发现金星大气层厚度达20多公里,二氧化碳占比高达97%以上,其余还含有微量的水蒸气、氩气、氦气、一氧化碳等。而且云层中悬浮着大量的微细浓硫酸雾滴,并且充斥着二氧化硫、氯化硫以及硫单质等物质,经常出现大范围、高强度的闪电和硫酸雨等现象,自然环境十分恶劣,不但生命体难以存在,就连耐受性很强的探测器都支撑不了多长时间。

科学家将重点转向火星

虽然探测金星相较于火星,无论是时间还是金钱上的花费成本都要低,但是金星表面的自然环境实在是过于恶劣,特别是探测器着陆以后根本无法长时间开展工作,继续开展探测已没有太大的必要,于是科学家们逐渐将目标从金星转向了火星。

其实,在人类对金星探测的过程中,也已经开展了对火星的探测,只不过成功率不高,值得一提的是1964年美国发射的水手4号探测器成功掠过火星,同时传回20多张照片,这是人类历史上第一颗成功到达火星并且传回数据的探测器。1971年,美国发射了水手9号探测器,并且成功进入火星轨道,这是人类历史上首颗围绕火星运行的轨道探测器。同年,前苏联也发射了“火星2号”探测器,实现了首次在火星表面登陆,并向地球传回了火星表面的基础数据。到了上世纪90年代,美国又发射了火星环球勘探者探测器,实现了首次在火星地表释放火星车的探测器。迄今为止,各国共向火星发射了47个探测器,稍低于向月球发射的探测器数量。

通过前期观测和探测器的持续探测,火星的质量较小,致使表面重力加速度很小,加上火星基本失去了磁场,因此在太阳风吹拂下火星的大气绝大部分都逃逸到宇宙空间中,大气密度仅为地球的1/100,来自宇宙空间特别是太阳的高能粒子可以直接到达火星表面,而且火星的温度偏低,两极最低达到零下130多摄氏度,且温差剧烈,最高温度和最低温度相差100度左右,表面也几乎没有液态水存在,这些都是火星自然环境相对恶劣的地方,但相比金星,火星的这些问题似乎“温和”多了。

各国在向火星发射众多探测器的过程中,虽然投入比金星要翻几番,但是火星的环境至少可以支撑火星探测器以及火星车稳定正常地工作,至今为止,仍然有8个探测器在火星轨道和地表持续运行,获得了大量关于火星地表形态、大气层结构、温度变化等丰富的数据资料,而且还探测到火星表面某些区域存在着固态冰、地下盐湖、陨石坑湖等水资源的存在,这些无疑将为深入研究火星及太阳系发展演化过程、探索地外生命形式等发挥重要的作用。

相对于金星来说,火星的自然环境恶劣程度要小得多,探测器的耐受程度完全可以支撑,对火星地表进行全方位深入探测的可行性完全具备,而且通过以往的探测,我们获取了大量宝贵的观测和研究数据,产出投入比非常可观,因此世界各国纷纷将目光瞄准火星,在本世纪上半叶将会持续启动众多的火星探测项目,其中就包括我们的天问1号火星探测计划,有关火星更加详细、清晰、全面的资料将会于不久后,呈现在我们的面前。

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明明距离地球最近的行星是金星,为什么全世界却都赶着去探测火星?

当前正在火星表面工作的有2个探测器(人类总共发射了47个探测器),分别是“好奇号”和“洞察者”,前者是能跑的,后者则是落地生根的火星地质勘探者,不过在火星轨道上可还有6个探测器哦,包括印度的曼加利安号火星探测器,那么金星探测呢?

从第一个金星探测器“金星一号”开始到现在为止人类总共向金星发射了46个探测器,如下表

但到现在为止在金星轨道上正常工作的,只有一个日本在2010年5月20日发射的“破晓号”金星探测器,欧洲的金星快车探测器在2015年1月18日 15:01:55最后一次通讯坠入了金星的大气层。而日本“破晓号”金星探测器最近一次公开数据是在2019年3月26日,此后JAXA网站上暂时没有公布更多的信息,相信它应该仍然在轨。

两颗行星的探测器数量其实相差无几,但整体上来看,金星探测曾经非常热门,而火星探测确实渐渐热门起来,到现在占据了人类深空探测任务的2/3以上,同时火星探测有NASA,ESA和ISRO(印度)三家探测器,可以说,现在人类满脑子已经被火星占据,为什么会出现这样的现象?我们来做个简单分析。

曾经非常热门的金星探测事业

第一个金星探测器是在1961年2月12日发射的,是不是有些出乎各位意料?但很可惜在距离地球756万千米处失去联系。1967年6月12日前苏联金星四号探测器成功登陆,但着陆器受损未能发回有效信息,1970年12月15日,金星7号着陆成功,工作了大约2小时多,发回了大量信息,包括金星表面温度为447度,大气压为地球90倍等。

前苏联探测的同时,美国也开始参与到金星探测这个大事业中,不过金星探测的黄金时间都集中在1960-1990年间,随后不再有新任务出现,进入二十一世纪以来,仅仅向金星发射两个探测器,上文已经说明,就不再重复了。

金星从太阳系最热门的探测目的地一下子到了门可罗雀的地步,这是有原因的

曾经金星和地球的条件是最相似的,大小和地球差不多,也算是在宜居带内,还有厚厚的大气层,实在让人浮想联翩,甚至美国的第三类接触“造谣之父”乔治·亚当斯基还“想象”了其与金星人的会面,当然他去世的时候第一个金星探测器已经失败,成功的保住了他的脸面。

当金星七号传回的数据告诉大家这是一个地狱时,你可以想象前苏联的科学家那种既兴奋又无比失落的神情,兴奋是因为他们的探测器成功着陆另一颗行星,失落是因为金星不可能在这种条件下还有生命,但失落之后更兴奋,因为大家都想要搞明白金星为什么会变成这副模样,因此从1970-1990年之间,美苏两国向金星发射三十多个探测器,你可以想象一下这种科学精神,如果在现在,每年都能听到发射金星探测器,真有种向金星移民的错觉。

终于进行探测归于沉寂,但沉寂之后又是反思,所以进行探测到现在仍然还在持续,但已经不再热门首选,现在的目标已经从金星转向了火星。

为什么火星会成为热门首选地?

从时间上来看,第一个火星探测器是1960年10月10日前苏联发射的“火星一号”,比金星探测都要早,不过前两个探测器连地球轨道都没能到达,而有效信息传递倒是和金星差不多时间,第一个传回信息的是美国在1964年发射的“水手四号”,再往后就是人类的太阳系探测的黄金时代了,火星毫无意外的也称了热门二选地!

但进入二十一世纪以来,火星逐渐从二选成了热门首选,因为当前在火星表面或者轨道上仍然正常工作的8个探测器,都是2000年后发射的,最早的是“2001火星奥德赛号”,发射时间:2001年4月7日,预计工作至2025年!最晚的是“洞察号”发射时间:2018年5月5日。未来还将有一大波火星探测计划,当然包括中国打算在2030年实施的火星采样返回计划。

为什么火星探测会有一个逐渐上升的势头?其实很简单,因为到二十世纪末,人类基本上已经确定太阳系里除了地球外不太可能其他类型的生命了,但从火星获取到的信息可能在数十亿年前火星可能存在宜居条件,那么也许现代火星可能仍然在某些特殊区域仍然保留了特殊的生命形式,而且在火星南极还发现了地下盐湖,这使得科学界对火星的热情不减反增,比如SpaceX甚至提出了在火星创造宜居环境,移民火星!当然到现在为止这似乎太遥远,但从现在出发总要比未来出发要早到达目的地。

火星Korolev陨石坑的绝美图片(ESA火星特快)

水对于火星未来殖民尤为重要,只要有水就能解决很多问题,而火星恰恰提供了这样的环境,而且火星在宜居带,大气层中也有二氧化碳,对于SpaceX的甲烷引擎来说,这就是燃料,种花家别的就不说了,各位尽情想象吧,比如下图:

可能这并不遥远,二十一世纪的第二个五十年内必定会实现,第一个五十年看上去还很困难,能载人登陆火星就不错了。

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