火星曾經有過生命?“天問一號”將對火星進行全球探測
2020年07月15日16:00

  來源:格致論道講壇

  4月24日,國家航天局正式公佈:首次火星探測任務被命名為“天問一號”,這意味著中國正式開啟了火星探測的征程。自古以來,人們對火星就充滿了嚮往與好奇,人類也已經進行了47次火星探測。火星有什麼特點?火星探測的難點在哪裡?“天問一號”探索火星將哪些科學目標?

  以下內容中國科學院院士、地球化學與天體化學家歐陽自遠的演講實錄:

  今天我跟大家分享的題目是《天問一號,中國首次自主火星探測》,分享的內容包含下面五個方面,也要向大家介紹一下即將發射的火星探測器。

  火星蒙受的不白之冤

  自古以來人們對火星就沒有什麼好印象,各個民族幾乎都在咒罵火星。因為火星是紅顏色的,代表了血腥,代表了戰爭,代表了死亡,代表了瘟疫,所以自古以來它就沒有一個好名聲。

  其實它真的蒙受了不白之冤。

  火星在太陽系八大行星中排列第四,這是按照距太陽的遠近來看的。離太陽最近的是水星,然後是金星、地球、火星,往後才是木星、土星、天王星、海王星,所以火星是地球的鄰居,就在地球邊上,比我們稍微遠離一點太陽。

  古代人覺得火星在天上忽隱忽現的,就給它取了個名字叫“熒惑”,就是描述它像螢火蟲一樣,有時候看得清,有時候看不清。

  古人非常迷信,假如熒惑守心的話,一定預示著這個朝代的皇帝要死,而且會發生戰亂。

  公元前120年,正好熒惑守心,那是歷史上最不吉利的一段時期,剛好那一天秦始皇駕崩,據說那天天上還掉下一塊隕石,上面刻著幾個字“始皇帝死”,而且預示著地要被分掉,所以火星一直被認為是一個不吉祥的星。

  天文學家們給了它一個標誌,這個標誌就像發射出來的箭一樣,它代表著戰爭的意思。

  古羅馬對火星的一種稱謂叫“瑪爾斯(Mars)”,寓意戰爭之神,喜歡打仗,喜歡屠殺。

  古希臘的人們把火星稱為“阿瑞斯(Ares)”。阿瑞斯(Ares)是戰爭之神,他很勇猛,但很好戰,喜歡屠殺,所以火星一直沒有什麼好的名聲。

  在北歐,人們給它一個稱呼,也叫戰爭之神,甚至在古印度也是這樣稱呼。

  總之古代各個民族對於火星都是帶著咒罵的,認為它是一顆惡星,是會壞事的一個星球。

  總之火星代表了好鬥,它是屠殺,是血腥,是人類災禍的化身,所以火星一直蒙受這種不白之冤。

  現在我們應該為火星解除它的不白之冤了。

  為什麼人們對火星會有這麼壞的一個印象?因為你看到火星的時候,它是紅顏色的。

  為什麼火星會有紅顏色?因為火星的表土裡有一種礦物叫赤鐵礦,赤鐵礦是紅顏色的,是古代作畫的時候畫紅色的顏料。

  赤鐵礦瀰散在整個火星的土壤當中,火星又經常發生沙塵暴、全球性的風暴,結果捲起了這些紅色的赤鐵礦夾雜在當中,所以顯得紅,跟血腥一樣,導致人們對火星沒有好印象。

  其實真冤枉,火星是一個非常善良的、很好的天體,所以我們應該洗刷它的不白之冤。

  火星,地球的好姐妹

  關於火星,我剛才說它是八大行星當中排第四的一個行星,是地球的近鄰,也是地球的好姐妹。火星跟別的七大行星幾乎在一個平面上,大家各自按照各自的軌道,都圍繞著太陽做反時針方向的運行。

  火星在第四個跑道轉圈,地球在第三個跑道轉圈,很有規律,很守秩序,而且一直是這樣運行的,所以火星是地球非常好的一個姐妹。

  火星其實跟地球挺像的,它繞著太陽轉一圈,因為轉的圈大,要678天。地球轉一圈365天,是我們的一年。火星的一年比我們時間長多了,因為它的圈太大。

  另外,火星大約只能得到地球一半左右的太陽能,因為隔得比較遠,所以太陽對火星就顯得沒那麼熱了。

  火星個兒也比較小,大概只有地球的二分之一左右,所以火星的引力也比較小。

  但是火星跟地球有一點特別像,它跟地球一樣也是歪著自轉的。

  本來大家都是直起來,自己繞著太陽反時針方向公轉,八大行星都這樣很有規律。但是我們的地球因為被一個小天體撞上了,最後產生了月亮,地球也留下了一個殘疾,被撞歪了二十三度半,所以現在地球是歪著自己轉,而且同時這麼歪著繞太陽轉。

  這反而成全了地球一件事,本來直著自己繞著太陽轉的話,地球表面的任何一點,一年下來沒有季節變化,跟太陽的距離和太陽照射的角度永遠沒有變化。

  現在歪著繞太陽轉,轉到這邊,北半球靠近太陽,我們中國就是在北半球,那就是我們的夏天到了;再轉另一邊的時候,北半球遠離太陽,我們的冬天就到了。所以,地球就出現了春夏秋冬四季的變化。

  火星也挨過一次撞,所以它也被撞歪了,結果歪得跟地球一樣,也有了春夏秋冬的變化。

  地球的衛星——月亮,是地球主要的東西被撞了之後瀰散在地球的周圍,最後慢慢彙集起來的。我們通過基因檢測,證明月亮是地球的女兒。

  火星這兩個衛星可不是它親生的,是一個小天體運行到它附近的時候被火星抓過來,便成了自己家族的一個成員,所以火星有兩個養子,但它們跟火星是不一樣的。

  火星探測,難在哪裡?

  我緊接著要介紹的是探測火星。

  人類已經進行了47次火星探測,但是這要比月球探測困難多了,它的難點究竟在什麼地方?

  這張圖展示的是太陽、地球、火星,它們在一條直線上,這就是所謂的火星大沖,是火星離地球最近的一個距離。

  網上有一個錯誤的信息,說從地球上發射探測器去火星,一定要在火星大沖的時候發射。這個時候地球離火星最近,才3000多公里,等於是兩個物體之間最短的直線距離,這時候發射探測器很快就可以到火星,其實這是錯誤的想法。

  假如這個時候發射的話我們永遠到不了火星,科學家們經過精確計算,要去火星不是想去就可以去的,26個月有一次機會,假如掌控不好這個時間就去不了火星。

  當火星在我們前面老遠的地方,從地球上發射一個探測器,大約要飛7個月左右,飛好幾億公里到達火星的軌道,火星剛好在這個時候通過它自己的軌道,也到達了這一點,這時探測器就可以飛到火星上去或者降落在火星上。這才是去火星最短的距離,絕對不是大沖的時候發射,這完全是一種誤解。

  另外,地球在裡面轉圈,火星在外面轉圈,所以一般來說要26個月才能有一次發射窗口。

  我們跟火星的距離太遠了,有時候地球在太陽這邊,火星在太陽那邊,我們要發一個信號給火星,它以光速運行,往往都要23分鐘左右。

  所以我要是給探測器指令的話,必須提前二十多分鐘,一般來說至少得提前一刻鍾發給它,一刻鍾以後收到了,它才會執行命令。

  所以火星探測的難點,一個是太遠了,另一個是時延比較長,會有很多困難。

  第三,火星表面氣候變化劇烈,經常發生沙塵暴,一瀰漫起來,根本看不清火星的表面,這也給著陸器的著陸等造成了很多困難。

  所以人類探測火星,統計下來已經進行過47次,但是失敗的次數很多,一直到今天累計下來這47次成功了24次,剛好一半。

  所以,要去火星,一般情況下有一半是要失敗的,比去月球艱難多了。

  火星上真的有生命存在嗎?

  我們到火星到底去幹什麼?

  因為火星是最像地球的,而且自古以來就有很多傳說。尤其是天文學家在火星上看到有很多一條一條的直線,認為那是運河。有運河就一定有農業,有農業就一定有耕作的農民,天文學家認為那一定是火星人在種莊稼所以挖了很多水渠。

  火星是不是有火星人也有很多傳說,《火星人大戰地球人》,《馬丁叔叔》……有很多大片描寫火星人,也有很多科普書去講火星人,科學家也覺得火星是最像地球的一個行星,上面說不定還真的會有生命。

  所以,探測火星的第一個目的,自古以來都是為了探尋火星上有沒有生命。它是什麼形態的生命,它是怎麼活動的?這是所有科學家們都非常感興趣的問題。難道我們的太陽系,我們的宇宙,就只有地球有生命嗎?其他星球根本一點兒可能性都沒有嗎?

  火星是最有可能有生命的,所以大家集中目標去探測火星。

  火星探測的第一個科學問題就是火星生命的探尋。

  第二才是火星本身的磁層、磁場、大氣、它的表面、它的地質構造等等。

  第三,我們的地球受到了很多潛在的自然界的威脅。比如說,6500萬年以前,一個小天體撞了地球,最後導致了地球70%的物種滅絕了。就是恐龍滅絕的那一次災難,恐龍滅絕了,地球上還有一百多萬個物種被滅絕了。

  另外,地球還不時地發生大面積的火山噴發、甚至巨大的海嘯、強烈的地震。總之,我們的地球有很多的不安寧,再加上人類的很多錯誤行為,導致地球也許不適宜我們生存了。

  所以科學家們想,能不能在太陽系裡面找到另外一個天體,慢慢地把它改造成第二個地球?或者至少有兩個姐妹一樣的天體,最後地球和火星將成為人類命運共同體的棲息地,這不更好嗎?

  所以,火星探測現在是航天的一個重點,火星是人們最願意探測的,因為它畢竟是在太陽系里離我們還算比較近的。

  火星生命的探測經曆了大概半個世紀,這半個世紀以來,科學家們首先是想直接探測到底有什麼生命在活動。

  上世紀70年代、80年代,主要發射探測器和著陸器探測,最後科學家們大失所望,火星表面沒有任何生命活動的跡象。

  後來說有水就有生命,而且發現火星地下有很多水。它表面也有很多河流湖泊,甚至出現過海洋,只不過現在已經乾枯了。

  火星曾經有過水體,生命跟水是在一起的,所以就跟蹤水來探測生命,不過探測到今天也沒個結果。大家期望能夠找到哪怕是最低等的生命,哪怕是細菌也是值得珍惜的。

  所以在上世紀70年代、80年代,直接探測生命,但最後沒有獲得什麼結果。

  後來火星的探測拍到了很多照片。這是火星的河道,現在已經乾枯了,這些河道都可以看出支流和主流。

  另外,火星的北半球曾經是一個巨大的海洋,現在只剩下一個海底的海盆地了。

  我們也積累了火星很多年的照片。這是同一個地方,先拍的那張很清楚,是一個陡坡,第二張照片裡面顯示出這陡坡突然塌方了,緊接著裡面湧出水來,證明火星的水是在地下。

  因此,後來提出一個說法,說火星的水都轉入了地下,所以我們要找生命可能要到地下去找。後來,探測器又去探測地下水的分佈。

  中國的“天問一號”有一台儀器,可以探測整個火星地下水的分佈。它的河道,一共有多少水,這些我們都要進行探測。

  幾十年來,科學家們研究火星,證明這裏曾經有過很深的水覆蓋了火星,大概平均下來有100米深的水,而這些水現在一滴都沒有了。

  火星離太陽比較遠,當然比較冷,所以看不到液態水,最多看到有一點冰,而且年平均溫度很低,零下60度,而只有夏天的幾天在赤道,溫度可以高於0度,達到十幾度,所以大概也有很深的水,而現在的水都不在表面了。

  另外,南北極的兩塊地方曾經都發育過海洋,所以大家覺得跟著水探測生命也沒有希望了。

  後來又有一個新發現,發現火星的大氣是以二氧化碳為主的,95%是二氧化碳,之後發現也有少量的氧氣,少量的水蒸氣,此後還發現火星的大氣里有甲烷氣體。

  甲烷就是我們的煤氣,就是天然氣。天然氣一般都是生命活動產生的,人類也會排出甲烷,稻田也會排出甲烷,那能不能跟蹤甲烷去探測生命?

  這是火星的水蒸氣分佈以及甲烷的分佈。甲烷的分佈只有十億分之幾,很少很少,科學家們還要抓住這一點一直探測。

  後來探測下來也沒有一個結果,不能說明我們發現了生命的徵兆。

  下圖是甲烷的探測。

  特別是“好奇”號火星車,它裝備了非常先進的儀器,專門去探測火星上的有機化合物,最後也沒有得出很好的結果。

  後來又想了一個辦法,能不能去研究火星掉下來的石頭——火星隕石,能不能結合甲烷看看有沒有什麼發現?

  因為甲烷在自然界可以沒有生命而產生,可以是自然合成的,也可以在高溫下合成,當然也有生物體排泄出來的甲烷。

  在儀器上完全可以把最後形成的甲烷區分開來,但是現在沒有辦法去做。

  人類一共得到了大概四五十塊從火星掉到地球上來的石頭,所以我們準備下一步用電子顯微鏡觀測隕石的內部。

  1984年,在南極找到一塊隕石,在裡面發現有很多小蟲子,這是不是細菌?

  美國人說這是細菌,歐洲的科學家說是汙染,吵到今天也還是沒個結果。

這就是這些細菌的橫截面。
這就是這些細菌的橫截面。

  此外,在火星隕石里還發現了很多奇怪形狀的東西。比如說圖中像油炸麵包圈一樣的東西是不是也是細菌?我們也沒有答案。

  另外,中國在南極找到了12400多塊天上掉下來的石頭。

  其中這兩塊是火星掉下來的,中國的科學家也去研究這裡面有沒有生命的信息,最後也證明沒有。

  但是中國科學家另外做了一件事。2011年在摩洛哥沙漠里掉了一塊隕石,中國科學家把它買回來觀察了裡面的碳顆粒。

  這都是納米級、微米級的碳顆粒,在電子顯微鏡下研究,然後分析碳的同位素。

  最後得出一個驚天動地的結論:這些碳是火星的生命產生的碳。

  比如說,拿一塊煤給我,我就可以研究出這塊煤裡面的碳過去是植物;拿一滴石油給我,我就可以研究出這滴石油裡面的碳曾經是一些微體的動物。這些我們都可以做到。

  最後結論出來,發現這是由火星生命形成的碳,但是很遺憾,美國封鎖了我們,不讓我們在美國最高級的雜誌上發表。為什麼?

  美國的“好奇”號也在做這件事情,他絕對不希望中國人先發現。最後中國沒有辦法,就在歐洲的一個雜誌上發表。

  這是雜誌的封面,登出了這塊隕石,而且登出了全部的結果,時間是2014年12月2日。

  而“好奇”號也在2014年12月16日發現同樣的結果。他們在火星上研究的碳顆粒也被證明是來自生命的。

  他們立即召開了一個全世界的記者招待會,宣佈火星可能曾經存在過生命,跟中國的結論一樣。但他們很遺憾,中國發表的時間是2014年12月2日,他們是2014年12月16日,比中國晚了半個月。

  火星的生命探測就是這樣一直吸引著全世界科學家的目光。

  中國首次自主火星探測——“天問一號”

  2020年,中國將會發射“天問一號”火星探測器。我國曾經做過一次火星探測,當時是在2011年向全世界公佈了中國首個火星探測發射升空,探測器名稱為“螢火一號”。

  因為中國的探測器搭載在俄羅斯的飛船里,是俄羅斯把我們的探測器送到火星,然後我們自己再出來探測的。結果沒有想到俄羅斯的探測器在飛離地球的第二天,由於軌道調整失敗,最後向地球的大氣層墜落,被燒光了。

  這是中國第一次火星探測,失敗了,但是我覺得沒關係,我們應該吸取教訓,應該更努力地去做好,所以我建議將這次火星探測稱為中國首次自主火星探測。

  我們這一次去火星探測的主要任務是發射一個火星的衛星,讓衛星繞著火星飛;同時,也有一個著陸器會落在火星上,一輛火星車會走下來,一邊走一邊探測火星。

  我們著陸的位置已經選好了,在火星北邊高緯度的地方,曾經是火星海洋的位置。

  因為當地比較平緩,所以我們選擇了兩個位置。我們的著陸器、火星車將著陸在那兩個位置上。

  這就是著陸器,火星車在上面,它會走下著陸器邁步到火星表面,一邊走一邊探測。

  我們的探測大概有六個科學目標。

  第一,火星的衛星上放了七台儀器,主要探測整個火星的地形地貌、岩石分佈、氣候變化。總之這是全球性的探測。

  此外,我們的火星車上放了六台科學儀器,要探測火星地下的土壤分佈、土壤的成分、底下是不是有地下水的分佈。

  我們的衛星在天上探測,而火星車在地上也探測地下水的分佈,聯合起來探測。

  火星車上還有一台氣象站,探測記錄火星的氣候變化。

  全面探測火星一共有13台儀器,它們承擔著不同的任務。

  這次是中國首次自主的火星探測,再過幾年,至少在2030年以前,中國要著陸在火星上,要在火星上采樣返回。

  現在人類還沒有得到任何一塊樣品是自己從火星上采回來的。

  火星上掉下來的石頭,我可以研究出是什麼石頭,有什麼樣的特點,它能告訴我們火星的那些科學問題,但是我不知道它是從火星什麼地方掉下來的,所以用處還不是太大。

  我們也有一個詳細的計劃,中國還要去探測小行星帶,從小行星取樣返回。

  我們還要去探測太陽系最大的那個行星——木星。木星有69個衛星,它的衛星是連軸轉的,我們要探測它一系列的衛星,要進行行星際的穿越探測。

  所有這些探測在我們首次自主火星探測以後,還要逐步加以實現。

  中國有能力飛得更遠,我們也應該飛得更遠。我們要探測整個太陽系,我們要向太陽系的星辰大海挺進,這就是我們的目的。

  所以我真誠地希望年輕的朋友們,希望你們真正地熱愛科學,瞭解科學,學習科學,弘揚科學精神,很好地培養自己的科學思維,將來擔當起這種重任,為實現偉大的社會主義強國而奮鬥。

  青年朋友們,青少年們,祝福你們以後勇於擔當,完成我們建設“兩個一百年”的夢想,實現我們偉大的強國之夢。

  你們一定會實現的!

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