去火星要多久?

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翻译：马啸然

校对：牧夫天文校对组

后期：胡永葳

责任编辑：王启儒

原文发布于space.com

引言

你是否曾经想过前往火星需要多长时间？

(Image credit: piranka via Getty Images)

如果你想来一次前往火星的单程旅途，大约需要九个月，而根据NASA的数据，往返火星的旅程大约需要21个月。这是因为你需要在火星等待大约三个月，直到地球和火星处于合适的位置，才能开始返回地球的旅程。事实上，这个问题的答案远比这个复杂，因为这趟旅程的长短取决于诸多因素，包括地球和火星的位置，以及可以将你送往火星的科技水平等等。

本文将探讨使用现有技术前往火星需要多长时间，并研究影响这趟旅程时间长短的一些因素。

火星到底有多远?

要确定到达火星需要多长时间，我们首先必须了解地球和火星之间的距离。

火星是距离太阳第四远的行星，也是距离地球第二近的行星（最近的是金星）。然而，由于围绕太阳运行的轨道不同，地球和火星之间的距离实际上在不断变化。

理论上，地球和火星最接近的时候是火星位于近日点（离太阳最近的位置）而地球位于远日点（离太阳最远的位置）。在这种情况下，两颗行星的距离仅为5460万公里。然而，历史记录中从未出现过这种情况。两颗行星最近的一次接近发生在2003年，当时它们的距离为5600万公里。当地球和火星都位于距离太阳最远的地方，并且位于太阳的两侧时，两颗行星的距离最远，可以达到4.01亿公里。而地球和火星之间的平均距离则为 2.25亿公里。

用光速前往火星, 要花多长时间?

地球与火星之间的平均距离为2.25亿公里。这两个行星之间的距离直接影响着从一颗行星到另一颗行星所需的时间。(Image credit: NASA/JPL-Caltech)

光的传播速度约为每秒299,792公里。因此，从火星表面发出的光到达地球（或反之）的时间如下：

最接近的理论距离：182秒（3.03分钟）

实际观测到的最近距离：187秒（3.11分钟）

最远的距离：1,342秒（22.4分钟）

平均距离：751秒（12.5分钟）

截至目前最快的探测器

NASA的帕克号太阳探测器是目前速度最快的航天器，它在接近太阳时不断打破自己的速度记录。2023年9月27日，帕克号太阳探测器的最高速度达到了每小时635,266公里，相当于音速的500倍。在2024年9月30日第21次近距离飞掠太阳期间，它又一次达到了这个速度。

NASA的帕克太阳探测器是目前速度最快的航天器(Image credit: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben)

根据NASA的报告，当帕克号太阳探测器在2024年12月距离太阳表面约620万公里时，它的速度将超过每小时692,000公里！

理论上，如果你能够搭乘帕克号太阳探测器，按照它第21次太阳飞掠期间的速度，即每小时635,266公里，直线从地球前往火星，那么你到达火星所需的时间将是：

最接近的理论距离：85.8小时（3.4天）

实际观测到的最近距离：88.1小时（3.7天）

最远的距离：633小时（26.3天）

平均距离：354.6小时（14.7天）

火星旅行Q&A

问: 到达火星需要多长时间以及哪些因素会影响旅行时间？

答: 从一个天体到另一个天体所需的时间主要取决于投入的能量。在这里“能量”指的是发射载具所做的功、航天器上的火箭发动机进行的所有机动操作，以及使用的推进剂量。在太空旅行中，一切都归结为能量的管理。可以说，太空飞行就是对能量巧妙管理的艺术。

前往月球的常见转移方式包括：1) 霍曼转移（Hohmann Transfer） 2) 自由返回转移（Free Return Transfer）。霍曼转移通常是能量消耗最低的方案，但这仅限于我们需要快速完成转移，并且发射受一些限制时才适用，这里不再赘述。

至于前往火星的转移，则必然是行星转移，即以太阳为中心的转移轨道。除此之外，前面提到的能量原则仍然适用：一切的关键在于管理能量的消耗。额外需要考虑的复杂因素包括火星的轨道偏心率非常高（椭圆），而且它的轨道平面相对于地球的轨道平面有一定夹角，此外火星绕太阳公转的时间比地球更长。这些因素都被包含并体现在一种叫做“猪排图”（pork chop plot）的图表中，该图表会告诉我们对于某一组出发和到达日期，所需能量的多少。

“猪排图”显示，火星的转移机会大约每隔25-26个月出现一次，这些转移分为不同的类别：一种是较快的，通常需要5-8个月，另一种则需要7-11个月。但这仅仅是一个大致的估计，具体的日期仍然需要详细的数学计算。

问: 为什么计划进入火星轨道或着陆的航天器的行程比那些只是飞越火星的航天器要慢得多？

答: 如果你希望航天器进入火星轨道或降落在火星表面，那么飞行器设计会被增加许多限制条件。对于轨道器，你需要考虑轨道转移所需的大量推进剂；而对于着陆器，你需要设计和制造一个能够承受进入大气层的防热罩。通常这意味着轨道速度不能超过某个界限。以上种种，导致了两种航天器在轨道速度上的显著不同。

过往的探测器

这里有一张信息图，详细介绍了几次历史任务到达火星（无论是进入轨道还是着陆火星表面）所花费的时间。为方便对比，图中还包含了它们的发射日期。

几次历史任务到达火星所花费的时间列表(Image credit: Future)

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木星震惊

来源: Reddit

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