梁偉傑｜一次任務三大關鍵突破！「天問一號」如何改寫火星探測史

火星，這顆紅色星球上常年颳著各種沙塵暴，風速可達每秒 180 多米，是地球上颱風速度的 3 倍，可形成高 8 千米的巨大塵埃旋渦，這些風暴能夠蔓延上萬千米，環繞整個星球的巨型沙塵暴遮天蔽日。1971 年，水手 9 號探測器向地球發回的照片顯示，火星被巨大的沙塵暴遮蔽，只能看到火星上的第一大火山——奧林匹斯山高出雲層的部分，這場風暴也持續了整整一個月。

隨著研究的深入，科學家逐漸揭開火星表面的紅色面紗——發紅的氧化鐵。鐵元素在遠古火星地質活動時被帶到火星表面，在漫長時間裡與氧原子發生化學反應並保持穩定。火星表面極度乾燥，長期被隕石衝擊和風蝕影響下，沙土變得極為細密，在狂風甚至動輒席捲全球的風暴作用下，紅色沙塵遍布全球，看起來更加熒熒如火。

火星擁有非常稀薄的大氣，火星大氣層分為低層大氣和高層大氣，其中 96% 是二氧化碳，1.93%  是氬，1.89%  是氮，同時包含微量的氧和水汽。火星大氣壓為 0.4～0.87 千帕，只有地球海平面附近大氣壓的 1% 左右，火星大氣逃逸主要發生在兩個區域，一是被太陽風吹到火星背面，佔大氣逃逸總量的約 75%；二是極區上空，佔大氣逃逸總量的約 25%。

（2021 年 2 月 24 日 6 時 29 分，首次火星探測任務天問一號探測器成功實施第三次近火制動）

17 世紀末，荷蘭天文學家惠更斯首次發現火星南北極都有巨大的白斑，中國人給火星兩極的帽子起名為極冠 (Martian polar ice cap)。火星南北兩極，看起來像帽子，又像咖啡拉花的白色物質是甚麼？直到人造探測器對火星進行了多次探測，人類才確認，極冠中含有 85%  的二氧化碳乾冰和 15%  左右的水冰，這是對火星認識的巨大進步，也是對先人科學假想的證據回應。

火星上的一天有多長？  太陽系中，不同天體的「一天」有長有短，例如，木星自轉周期是 9 小時 55 分鐘  29.69 秒，很短；而金星晝夜交替是 116 天 18 小時，很長。其中，火星與地球一天時長的相似性令人震驚，火星上的一天大約只比地球長 40 分鐘。地球一個恒星日是 23  小時 56 分鐘 4.1 秒，火星一個恒星日是 24 小時 37 分鐘 22 秒（按：恒星日為天體子午線兩次對向同一恒星的時間間隔）。

青藏高原及其鄰近地區，如柴達木盆地大浪灘、普若崗日冰原西側、敦煌西北庫姆塔格沙漠、新疆哈密五堡的風沙地貌與火星相似，研究大浪灘類火星硫酸鹽環境中的嗜鹽菌類更可以為探測火星生命提供線索；空間組合關係上，沙漠中有與火星相近的線形沙丘、新月形沙丘等。

（火星車行駛至著陸平台南向約 10 米處，釋放安裝在車底部的分離相機，之後火星車退至著陸平台附近。分離相機拍攝了火星車移動過程和火星車與著陸平台的合影。）

天問一號任務在國際上首次通過一次任務實現火星環繞、著陸和巡視，實現了從地月系到行星際的跨越，在火星上首次留下中國人的印記，標誌著中國在行星探測領域跨入世界先進行列。

天問一號探火意義重大：

一、成功實現地火逃逸軌道發射，提出固定射向、滑行時間的多彈道奔火發射方案，保證了火星探測在窗口期中可靠發射，精準入軌。

二、成功實現中國首次第二宇宙速度火箭發射，亦首次實現有大氣地外天體軟著陸，著陸精度為千米量級 3.1km，達到國際先進水平，部分技術國際領先。

三、天問一號任務獲取的科學探測資料，為人類深入認知火星作出貢獻：發布中國首次火星探測火星全球影像圖。2023 年 4 月 24 日，天問一號任務發布中國首次火星探測火星全球影像圖，空間解析度為 76 米，為開展後續火星探測任務和火星科學研究提供了品質更好的基礎底圖。

四、發現液態水。液態水是塑造火星宜居環境乃至存在生命的前提，2022 年，祝融號火星車國際上首次在火星原位探測到含水礦物，對理解火星氣候環境演化歷史具有重要意義。2023 年，祝融號火星車探測資料顯示現代火星存在液態水，推動了在火星低緯度地區液態水的研究。

（「祝融號」和「火星快車」中繼通信示意圖）

（文章曾在《文匯報》刊登，現獲作者授權在此平台轉載）