新京報(bào)訊（記者 鄧琦 倪偉）7月23日12時(shí)41分，長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空，成功將執(zhí)行我國(guó)首次火星任務(wù)的探測(cè)器——“天問一號(hào)”送入預(yù)定軌道。

　　火星探測(cè)的核心問題是什么？哪一步最難？火星移民還有多遠(yuǎn)？人類為什么要探測(cè)火星？

　　近日，新京報(bào)記者采訪中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員、副所長(zhǎng)、天問一號(hào)首席科學(xué)家助理、鴻鵠專項(xiàng)首席科學(xué)家魏勇，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所副研究員、鴻鵠專項(xiàng)行星光學(xué)遙感首席科學(xué)家何飛，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員鄭永春，以及國(guó)家空間天氣預(yù)報(bào)臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)郭建廣，揭示我國(guó)首次火星探測(cè)的奧秘。

　　一問：為什么選取7月23日作為發(fā)射的時(shí)間窗口？

　　何飛：發(fā)射窗口的選取跟很多因素有關(guān)，最主要的因素是地球和火星之間的公轉(zhuǎn)周期關(guān)系。我們知道火星繞日公轉(zhuǎn)的周期大概是687個(gè)地球日，將近地球上的兩年，也就是說(shuō)，如果是地球和火星從同一個(gè)經(jīng)度出發(fā)的話，地球繞大約兩年之后，火星和地球又會(huì)回到同一個(gè)地方，也就是一般常說(shuō)的火星沖日，火星、地球、太陽(yáng)幾乎排列成一線。

　　在這種情況下，大約每26個(gè)月出現(xiàn)一個(gè)火星探測(cè)器發(fā)射窗口，地球到火星之間的飛行路徑是最短的，也是最省燃料的，因此一般選擇在這一段時(shí)間去發(fā)射。具體的發(fā)射日期確定，還跟實(shí)際的軌道設(shè)計(jì)、火箭的發(fā)射運(yùn)載能力、地面氣象、空間天氣等密切相關(guān)。

　　二問：火星探測(cè)的核心問題是什么？

　　魏勇：火星科學(xué)研究的核心問題，就是火星的水是怎么演化的?；鹦潜砻嫔嫌泻恿鞯暮圹E，曾經(jīng)有大量的液態(tài)水在火星表面流動(dòng)，為什么今天一滴水都看不到？這是非常奇怪的。

　　如果有大量液態(tài)水存在，就表明人類有可能在上面居住。判斷一個(gè)行星對(duì)于人類是否宜居，第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是表面必須有大量的液態(tài)水流動(dòng)，即河流海洋。其次，是大氣里必須有氧氣，即使大氣里沒有氧氣，只要有水，可以用水制造出氧氣，所以，水是最重要的。

　　現(xiàn)在我們已基本知道火星的水逃逸到行星際空間去了，也就是離開了火星，逃到了太空中，并且以一種不可逆的、永遠(yuǎn)不再回來(lái)的方式。在過(guò)去幾十億年的時(shí)間里，火星表面的液態(tài)水幾乎全部逃逸掉了。

　　所以我國(guó)的火星探測(cè)，一個(gè)非常核心的問題是水是怎么通過(guò)大氣層逃逸的？圍繞這個(gè)核心問題，在天問一號(hào)之后，后續(xù)還有其他探測(cè)，要對(duì)火星的土壤進(jìn)行取樣返回，在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行非常詳細(xì)的分析，具體看一看它的宜居性到底如何，它的水到底去了哪里？以多大的速率逃逸？

　　三問：為什么此次選擇烏托邦平原著陸？

　　魏勇：在選擇著陸點(diǎn)過(guò)程中確實(shí)經(jīng)歷了很多次的遴選過(guò)程，工程方面的考慮是尤為重要的。從科學(xué)方面講，著陸區(qū)的地質(zhì)特征、磁場(chǎng)條件等都非常獨(dú)特，科學(xué)家團(tuán)隊(duì)期望能有重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

　　四問：這一次火星探測(cè)的科研目標(biāo)中，有沒有哪一些是前人沒有涉足過(guò)的領(lǐng)域？

　　魏勇：有，我舉個(gè)例子，火星車上放了一個(gè)磁強(qiáng)計(jì)，它能夠探測(cè)著陸地區(qū)的火星磁場(chǎng)，預(yù)期的探測(cè)結(jié)果對(duì)于我們理解火星的空間環(huán)境變化特性，甚至磁場(chǎng)演化過(guò)程都十分有意義?；鹦歉厍蛞粋€(gè)最大的區(qū)別是沒有一個(gè)全球性的磁場(chǎng)，它只有局部的磁場(chǎng)，這次獲得的結(jié)果應(yīng)當(dāng)是非常有意義的。

　　五問：天問一號(hào)的科學(xué)目標(biāo)是什么？

　　何飛：火星探測(cè)圍繞著一個(gè)主題是生命，即火星上有沒有可能存在過(guò)生命或者有沒有可能支撐生命。天問一號(hào)的科學(xué)目標(biāo)也圍繞這個(gè)主題來(lái)展開，經(jīng)過(guò)前期科學(xué)團(tuán)隊(duì)的論證，確定了以下科學(xué)目標(biāo)：

　　研究火星形貌和地質(zhì)構(gòu)造特征，通過(guò)探測(cè)火星全球地形地貌特征，獲取典型地區(qū)高精度地形地貌數(shù)據(jù)，開展火星地質(zhì)構(gòu)造成因以及演化研究。

　　研究火星表面土壤特征與水冰分布，水冰的發(fā)現(xiàn)在火星上已經(jīng)有很長(zhǎng)時(shí)間，但是它的一些詳細(xì)分布特征還值得去深入研究。探測(cè)火星土壤種類、風(fēng)化沉積特征和全球分布，搜尋水冰信息，開展火星土壤剖面分層結(jié)構(gòu)研究。

　　研究火星表面物質(zhì)組成。識(shí)別火星表面巖石類型，探查火星表面次生礦物，開展表面礦物組成分析。

　　研究火星大氣電離層及表面氣候與環(huán)境特征。探測(cè)火星空間環(huán)境及火星表面氣溫、氣壓、風(fēng)場(chǎng)，開展火星電離層結(jié)構(gòu)和表面天氣季節(jié)性變化規(guī)律研究。

　　研究火星物理場(chǎng)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)。探測(cè)火星磁場(chǎng)特性。開展火星早期地質(zhì)演化歷史及火星內(nèi)部質(zhì)量分布和重力場(chǎng)研究。

　　六問：此次火星探測(cè)任務(wù)為期多久？

　　何飛：根據(jù)探月與航天工程中心公布的信息，此次火星探測(cè)通過(guò)一次發(fā)射任務(wù)實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視三大任務(wù)，所以整個(gè)探測(cè)周期跟三大任務(wù)相關(guān)。發(fā)射后，會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)非常漫長(zhǎng)的飛行過(guò)程，然后到達(dá)火星。

　　飛行過(guò)程大概需要7個(gè)月，預(yù)計(jì)明年2月份左右到達(dá)火星，在火星附近會(huì)實(shí)施一個(gè)制動(dòng)，然后被火星捕獲，捕獲之后會(huì)首先進(jìn)入環(huán)火星的一個(gè)大橢圓軌道，大概是10個(gè)火星日這么一個(gè)軌道（一個(gè)火星日約1.02地球日）。然后在軌道上實(shí)施一些軌道機(jī)動(dòng)，逐漸靠近火星、逐漸到達(dá)越來(lái)越近的軌道，完成一些著陸區(qū)的預(yù)先探測(cè)和著陸點(diǎn)的調(diào)整。

　　然后它會(huì)擇機(jī)，即根據(jù)軌道的情況擇機(jī)釋放著陸巡視器。這個(gè)時(shí)候環(huán)繞器會(huì)進(jìn)行一些軌道調(diào)整，成為一顆中繼星，來(lái)為著陸器和巡視器提供信號(hào)的一個(gè)中繼。著陸器和巡視器它與環(huán)繞器分離之后，它就會(huì)進(jìn)入火星的大氣再入的過(guò)程。

　　火星跟月球一樣，大氣非常稀薄，接近真空狀態(tài)。通過(guò)著陸器的氣動(dòng)外形降落傘，還有反推發(fā)動(dòng)機(jī)等多種手段緩沖，它會(huì)軟著陸于火星表面。

　　著陸以后，火星車和它承載的平臺(tái)會(huì)分離，開始在火星上開展巡視科學(xué)探測(cè)。在這個(gè)過(guò)程中，環(huán)繞器在中繼通信的軌道，為火星車提供通信鏈路，環(huán)繞器上相關(guān)的載荷會(huì)開展科學(xué)探測(cè)，大概會(huì)運(yùn)行90個(gè)火星日以后進(jìn)行軌道調(diào)整，這里的火星日大概和地球日的時(shí)間差不多，進(jìn)行軌道調(diào)整之后，最后它會(huì)進(jìn)入一個(gè)遙感的使命軌道，開展相關(guān)的科學(xué)探測(cè)。

　　七問：火星探測(cè)有哪些難點(diǎn)？

　　鄭永春：火星探測(cè)是一個(gè)技術(shù)非常困難的項(xiàng)目，現(xiàn)在為止全球大概進(jìn)行了40多次火星探測(cè)，成功率大概不到一半左右。所以大家首先會(huì)覺得火星探測(cè)的失敗率非常高，難度非常大，這是一個(gè)客觀現(xiàn)實(shí)。

　　但所謂成功率不足一半是指從1960年到現(xiàn)在大概60年的時(shí)間里一個(gè)整體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如果看上世紀(jì)90年代以來(lái)或者2000年以來(lái)，火星探測(cè)的成功率可能會(huì)達(dá)到80%以上，因?yàn)?000年以來(lái)火星探測(cè)的相關(guān)技術(shù)已取得了重大突破，技術(shù)越來(lái)越成熟。

　　對(duì)于中國(guó)的第一次火星探測(cè)來(lái)講，最大的問題就是未知，我們是第一次去，我們甚至沒有火星的大氣第一手?jǐn)?shù)據(jù)，因?yàn)槲覀儧]有實(shí)地探測(cè)過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)，是用前人的一些積累經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行探測(cè)，所以這里面不確定性可想而知。

　　首個(gè)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)當(dāng)然是發(fā)射，不管任何時(shí)候脫離地球引力都是一種高風(fēng)險(xiǎn)，像長(zhǎng)征五號(hào)這樣一款新型火箭，發(fā)射的次數(shù)有限，更需要保持一個(gè)謹(jǐn)慎的態(tài)度，確實(shí)會(huì)存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

　　第二個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，當(dāng)火星探測(cè)器從地球發(fā)射升空，進(jìn)入到奔火軌道入口時(shí)，就跟航天器分離，航天器將獨(dú)自奔赴火星，奔赴火星七個(gè)月之后，最關(guān)鍵的一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是要在火星附近剎車。剛抵達(dá)火星附近時(shí)，時(shí)速非常高，至少上萬(wàn)公里以上，此時(shí)剎車點(diǎn)非常關(guān)鍵，如果剎不住，就不會(huì)環(huán)繞火星，如果運(yùn)氣不好，還有可能撞上去，當(dāng)然這個(gè)可能性比較小。所以，剎車的節(jié)點(diǎn)直接決定了我們能不能成功環(huán)繞火星。

　　第三個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、對(duì)全世界來(lái)講也最困難的就是進(jìn)入火星大氣的過(guò)程。我們叫“恐怖7分鐘”或者“黑色7分鐘”，即航天器從火星上空進(jìn)入火星大氣層，短短7分鐘直接決定了航天器的生死。因?yàn)榛鹦呛偷厍蛑g的遙遠(yuǎn)距離，地球上無(wú)法控制指揮，這個(gè)過(guò)程只能靠航天器自動(dòng)調(diào)整，只能靠設(shè)計(jì)好的程序來(lái)執(zhí)行，沒辦法進(jìn)行干預(yù)，接下來(lái)只能聽天由命，看它在7分鐘之后能不能告訴我們一個(gè)成功的信號(hào)，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)確實(shí)非常大。

　　最大困難是既要環(huán)繞也要著陸，著陸后還要開出一個(gè)小車，難度是一步步遞增，我國(guó)探月工程等成功經(jīng)驗(yàn)給火星探測(cè)奠定了非常好的基礎(chǔ)，也會(huì)使得這次火星探測(cè)增加很多信心。

　　八問：空間天氣將如何影響探測(cè)器？

　　郭建廣：我們普遍理解的天氣是指30公里以下的大氣層的活動(dòng)現(xiàn)象，比方說(shuō)刮風(fēng)大雨，這都屬于地面天氣的范疇。30公里以上中高層大氣、電離層、磁層，一直到太陽(yáng)，整個(gè)日地空間范圍內(nèi)的空間環(huán)境的狀態(tài)或者變化，我們稱為空間天氣。

　　空間天氣會(huì)影響人類天基和地基技術(shù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和可靠性，空間天氣事件的主要源頭就是太陽(yáng)活動(dòng)。通俗點(diǎn)說(shuō)，主要影響的是航天器的安全運(yùn)行，其次是導(dǎo)航和通信。

　　正如人們的生活受到自然界的風(fēng)霜雨雪影響一樣，靜謐的太空也有著神秘莫測(cè)的“空間天氣”。 空間天氣中的“風(fēng)” 是太陽(yáng)風(fēng)， “雨” 是來(lái)自太陽(yáng)的帶電粒子雨。劇烈變化的空間天氣狀態(tài)對(duì)人類的航天活動(dòng)的有非常嚴(yán)重的影響，空間天氣災(zāi)害可使衛(wèi)星提前失效乃至隕落，通信中斷，導(dǎo)航、跟蹤失誤等。

　　自地球上有生命以來(lái)，地磁場(chǎng)在地球表面形成的龐大磁層，保護(hù)了地球的大氣層，而且濃厚的大氣層中和了大部分宇宙射線對(duì)人類和其他生命的傷害性輻射。對(duì)于環(huán)繞地球的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，地磁磁層對(duì)它們也有一定的保護(hù)作用?；鹦翘綔y(cè)器在行進(jìn)過(guò)程中，大部分時(shí)間處于行星際空間，少了地球的磁層天然保護(hù)屏障，探測(cè)器就會(huì)受到來(lái)自宇宙線和太陽(yáng)高能粒子直接影響，有可能發(fā)生單粒子事件，就會(huì)對(duì)探測(cè)器的安全飛行產(chǎn)生影響。

　　而且隨著時(shí)間推移，火星探測(cè)器離我們?cè)絹?lái)越遠(yuǎn)，信號(hào)的延遲最長(zhǎng)可達(dá)20分鐘，對(duì)探測(cè)器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和異常應(yīng)對(duì)，總是在滯后，因此火星探測(cè)器奔火旅程有點(diǎn)像“裸足狂奔”，需要一些特別的設(shè)計(jì)，才能保證它按照既定路線前進(jìn)。

　　后期的環(huán)繞，降落和巡視，更需要綜合考慮火星地表的塵埃和沙暴，火星大氣和空間環(huán)境，這些與地球的差異比較大，都需要空間天氣的保障，因此空間天氣貫穿了火星之旅的全過(guò)程。

　　九問：如果探測(cè)發(fā)現(xiàn)火星適宜人類居住，未來(lái)我們會(huì)移民火星嗎？

　　魏勇：按照目前的理解，太陽(yáng)現(xiàn)在處于壯年期，當(dāng)它演化到老年期的時(shí)候，會(huì)變成紅巨星，甚至可能會(huì)膨脹到地球的軌道，讓地球不再宜居。有沒有可能移民其他行星？這個(gè)是當(dāng)前大家比較關(guān)注的問題。我認(rèn)為，不是沒有這種可能性。

　　但是，即使研究發(fā)現(xiàn)火星可能支撐人類居住，開展火星移民也還有漫長(zhǎng)的路，代價(jià)非常高昂?？赡軙?huì)有一部分比較熱衷于冒險(xiǎn)、有好奇心的人作為探路者率先移民到火星。這一少部分人在火星上建立有人值守的科研站和一些人類比較初步的聚集地等，應(yīng)該會(huì)有很多人熱衷于從事這樣探索性的工作。

　　十問：人類為什么要探測(cè)火星？

　　魏勇：人類對(duì)行星探測(cè)的熱情主要是好奇心驅(qū)動(dòng)，這個(gè)好奇心主要是來(lái)自于對(duì)哲學(xué)終極問題的思考：我們?nèi)祟悘哪睦飦?lái)，向哪里去，我們?cè)谟钪嬷惺欠窆陋?dú)？對(duì)這三個(gè)問題追尋答案的過(guò)程貫穿所有的古老文明，尤其表現(xiàn)在神話體系上。作為四大文明的中華文明就十分典型。

　　人們?cè)?jīng)認(rèn)為最有可能在月球上找到生命，接著把希望放在火星上，然后又把目光投向土衛(wèi)六等更遠(yuǎn)的行星衛(wèi)星。在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)，人造飛船幾乎訪問了所有行星和大部分的重要天然衛(wèi)星，最終發(fā)現(xiàn)，可能還是火星存在生命的希望最大。

　　至少我們已經(jīng)知道，火星在40億年前曾經(jīng)是溫暖濕潤(rùn)，遍地是河流的。那么火星的現(xiàn)在到底代表了地球的昨天還是明天？人類還能在地球上生存多久？人類有可能移民火星嗎？這些涉及全人類的問題讓火星成為行星探測(cè)最重要的目標(biāo)。而且，對(duì)火星的探測(cè)與研究有助于人類進(jìn)一步認(rèn)識(shí)地球和太陽(yáng)系的形成和演化，預(yù)測(cè)地球的未來(lái)變化趨勢(shì)。

　　行星探測(cè)也是當(dāng)今難度最大的科學(xué)探測(cè)活動(dòng)，進(jìn)行一次行星探測(cè)，需要舉全國(guó)之力，需要基于前沿的行星科學(xué)研究，以及先進(jìn)的工業(yè)制造，通常進(jìn)行一次探測(cè)，至少需要成千上萬(wàn)人進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作，各種尖端技術(shù)相結(jié)合。

　　所以從某種角度上講，行星探測(cè)能夠很好地體現(xiàn)綜合國(guó)力。目前成功探測(cè)火星的只有美國(guó)、前蘇聯(lián)、歐盟等，最近阿聯(lián)酋首個(gè)火星探測(cè)已發(fā)射成功，但是真正考驗(yàn)要在未來(lái)7個(gè)月的漫長(zhǎng)飛行以及明年2月份左右的入軌。以前很多次探測(cè)都失敗在了入軌上。

　　中國(guó)跟阿聯(lián)酋探測(cè)是完全不一樣的，中國(guó)完全是自主進(jìn)行火星探測(cè)，阿聯(lián)酋是從日本發(fā)射，他們跟美國(guó)和日本合作，所以我國(guó)有可能成為第4個(gè)進(jìn)行獨(dú)立火星探測(cè)的國(guó)家，這是跟我們國(guó)家改革開放以來(lái)經(jīng)濟(jì)和科技快速發(fā)展分不開的，綜合國(guó)力有很大的提升。

　　不僅有第一次的火星探測(cè)，還規(guī)劃了第二次火星探測(cè)任務(wù)，難度更大，第二次探測(cè)要實(shí)現(xiàn)采樣返回，要把火星表面的土壤帶回地球。所以從這個(gè)角度上來(lái)講，火星探測(cè)的規(guī)劃和成功的實(shí)施，會(huì)體現(xiàn)出我們整個(gè)綜合國(guó)力，這也是實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興道路上的一個(gè)里程碑事件。