火星“景点”各有特色 “天问”靠科学解决选择困难症

来源:科技日报 日期:2021-05-17

  赵宇鴳曾参与“机遇”号、“凤凰”号和“好奇”号的数据分析。她介绍,科学家发现在不同的着陆点,火星车观测到不同的局部环境,指示火星表面的地质多样性。例如,“机遇”号火星车在火星子午线高原的沉积记录中发现赤铁矿小球,科学家推测这可能是由硫酸铁氧化转变而成;“勇气”号火星车在古谢夫撞击坑发现了热泉环境;“凤凰”号在火星北极着陆点的土壤中发现了水冰、碳酸盐、高氯酸盐等;“好奇”号在盖尔撞击坑发现了流水活动的证据以及湖相沉积物。同时,受区域或全球性尘暴的影响,火星表面还广泛存在着一层成分较为均一的、富含硫和氯的火星尘埃,火星土壤的细粒组分较粗粒组分更为均一。

  火星的“容颜”逐渐被人类揭开,其中,火星南北极最令赵宇鴳神往。“极地的探测很难,那里日照短、寒冷,但地貌丰富,人类可以通过冰盖的活动,判断火星气候变化,分析演化历史。”她解释道,火星北极的冰盖,下面是水冰,上面是干冰,冬季极区有时会扩张到北纬55度,天暖时又回缩,这个过程会导致大气气压的变化,形成很大的风,所以极区的边缘容易出现尘暴。

  “火星北极特殊的地理、气候环境,也让那里的地质具有独特性。例如高氯酸盐鲜见于地球自然界,它往往被人工合成用于火箭燃料等,但它却被发现于火星北极土壤里,而且是该区域氯元素的主要存在形式,在火星其他着陆点和火星陨石中,氯的存在形式主要类似地球的石盐。我们的研究认为,在极低温度和干燥环境下,冻融过程会使表土不断富集高氯酸盐而不是石盐,这个现象即使在地球极地也是没有的。”赵宇鴳表示。

  赵宇鴳分享,今年“毅力”号火星车登陆的杰泽罗撞击坑,在“当选”着陆点前,有一位强劲的竞争对手——古谢夫撞击坑。“‘勇气’号曾去过那里,其着陆之前,科学家认为那里以前是湖,因为撞击坑外有河道流向,结果着陆后探测发现地表物质以玄武岩为主,完全是火山环境。”她说。

  她介绍:“‘勇气’号任务后期又发现了富硅的沉积物和硅华,在显微镜下看,硅华呈指凸状,从外形看,这与南美洲阿塔卡马沙漠中热泉中的硅华相似。而热泉可以为生命提供能源、水以及组成生命必需的物质,科学家团队在切开阿塔卡马沙漠热泉的硅华后,发现其中有生命的痕迹。”

  未来载人登陆火星 赤道附近低平、有水区域或是首选

  人类迈向深空探索的脚步从未停歇。“载人探火一直是国际太空计划的目标。”赵宇鴳介绍,自1950年以来,涉及载人探火任务的概念性工作一直在进行。欧洲航天局制订的“曙光计划”中就有一项在2033年载人探火的旗舰任务。

  如果有一天人类踏上火星,又该选择什么样的落脚点?“相较于火星车着陆,载人探火要解决人的生存问题。”赵宇鴳说,热源、水、氧气以及返回地球的燃料,都将决定人类能否驻足火星。

  “火星很冷,要寻找足够的热源,所以未来载人探火的选址,地势要低平,最好处于赤道附近,便于吸收热量。后期航天员返航时发射火箭,在赤道附近也会相对节省燃料。就水而言,目前没有探测到火星有流动的水系,有一些遥感观测数据发现火星山脉暴露的断层里夹杂冰层,但这些地区温度很低,冰被冻了很久,很坚硬,很难开采。如果能提取出近地表的蒸发盐中保存的水,或许也可以选择富集这些盐类的区域着陆,以便提供补给,同时水也可以用于制氧。”赵宇鴳说。

  氧气是生命的重要支撑,目前在火星上也有了部分来源。赵宇鴳介绍,“毅力”号着陆火星杰泽罗陨石坑后,首次成功制氧,“火星车从火星大气的二氧化碳中提取氧气,1小时制取的氧气可以供航天员呼吸约10分钟,这是很大的突破,目前我国也有科学家在做相关的技术研究”。

  “从技术层面说,眼下,载人探火需要解决防辐射、巨型探测器着陆、降低成本等难题。”杨宇光说,人类往返火星的防辐射能力首当其冲,但载人探火没有绕不过去的坎。

  “欧洲曾经做过研究,一个航天员职业生涯接受辐射的剂量不能超过1西弗。但受发射窗口约束和变轨能力限制,人类仅往返火星和地球间就需要一年半以上的时间,如果中途再遇到太阳活动爆发,银河宇宙线加持,就会影响航天员的生命安全。”杨宇光说。

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