詹昊熹 高嘉鵬 章諭非 田哲毅

肉眼時代:從“血光之星”到“為天空立法”

很早以前,人類就注意到了火星?；蛘呖梢哉f,想不注意到它反倒是一件難事。它火紅,而且明亮,比天空中除太陽外最亮的恒星——天狼星還要亮。不僅如此,它忽明忽暗,行蹤不定,時而順行,時而逆行,令人迷惑。中國古人于是稱它為“熒惑”,將其視為戰(zhàn)亂與災(zāi)禍的象征。不僅中國人如此,西方人也一樣,火星的英文名Mars正是來源于古羅馬戰(zhàn)神的名字。

火星的“怪異行徑”不僅令人迷惑,同樣也激起了人們探索未知的欲望。

正如大家都知道的,哥白尼用驚世駭俗的“日心說”向“地心說”提出了挑戰(zhàn),這是人類認(rèn)識宇宙的一大進步,但是他仍然深信行星的運行軌道是一個完美的圓。然而,德國天文學(xué)家開普勒在用哥白尼理論編制行星運行表時發(fā)現(xiàn),火星非常不老實,總是要出軌。經(jīng)過反復(fù)計算,他大膽地提出,火星圍繞太陽運行的軌道是一個橢圓形。開普勒把對火星的觀測結(jié)論推廣到其他行星上,發(fā)現(xiàn)也同樣適用。由此,他發(fā)現(xiàn)了行星運動的三大定律,成為“為天空立法的人”。

望遠鏡時代:“火星人”的傳說

1609年,伽利略制造出了第一架天文望遠鏡,使人們的視野豁然開朗。有了“千里眼”相助,人們對火星的認(rèn)識也大大加快了。

1659年,荷蘭天文學(xué)家惠更斯用望遠鏡觀測火星并且繪制出了火星表面圖。在這張圖中,火星的南北兩極地區(qū)各有一大片白色覆蓋物,天文學(xué)界后來稱其為“極冠”。關(guān)于這“白色的帽子”到底是由什么東西構(gòu)成的,歷史上進行過長期的探討,有人認(rèn)為是固態(tài)的二氧化碳(也就是“干冰”),也有人認(rèn)為它是水冰(即固態(tài)的水)。直到后來的太空時代,答案才得以揭曉。

比起極冠來,另一個“火星發(fā)現(xiàn)”的影響力則要大得多。

惠更斯開創(chuàng)火星地理學(xué)之后,許多科學(xué)家畫出了更為詳細(xì)的火星地圖。這其中最有名的是意大利布拉雷天文臺臺長斯基亞帕雷利,他于1877年繪制的火星地圖在太空時代來臨前一直是科學(xué)家研究火星時用的權(quán)威版本。當(dāng)時在對火星地形進行命名時,根據(jù)習(xí)慣把暗區(qū)命名為“湖”。斯基亞帕雷利的地圖上,從“湖”的邊緣伸出了幾根細(xì)線。這位天文學(xué)家用意大利文“Canali”來表示“線條”,相對應(yīng)的英文應(yīng)當(dāng)是“Channel”。但不知何故,一些記者把它翻譯成“Canal”(指人工開鑿的運河)。一時間,“天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)火星上的運河”的消息轟動世界。

富翁出身的美國天文學(xué)家洛威爾通過自己拍攝的數(shù)千張火星照片,描繪出500多條縱橫交錯的“運河”,他確信它們由火星智慧生命所開掘,還認(rèn)為運河的交接處有植被繁茂的綠洲。直到今天仍風(fēng)靡全球的“火星人”概念,便來源于此!

盡管隨著對火星的進一步觀測,特別是通過對火星的光譜分析和氣候研究,科學(xué)家們越來越不相信“火星人”的說法,但這依然阻擋不住民眾的熱情,“火星人文化”已經(jīng)大行其道了!

在利用天文望遠鏡看火星的300多年里,還有很多重要發(fā)現(xiàn),比如火星的自轉(zhuǎn)周期、火星的兩顆衛(wèi)星等。但火星距離地球太遠了,最近的時候也有5576萬公里(是月地距離的154倍),實在難以讓我們這些被困在地球上的人對它看得真真切切、明明白白。

太空時代:失望與希望

1957年10月4日,當(dāng)時的蘇聯(lián)將第一顆人造地球衛(wèi)星送上了太空。太空時代的到來,使人們“湊到火星跟前去看個究竟”的愿望有了實現(xiàn)的可能。

從1960年開始,蘇聯(lián)接連向火星發(fā)射探測器,卻連遭失敗。而美國人于1964年年底發(fā)射的“水手4號”,成為了人類歷史上第一個飛臨火星的火星探測器。盡管它只是與火星“擦身而過”,但依然發(fā)回了21張火星照片。此后,1971年發(fā)射的“水手9號”首次成功地進入了火星軌道。而美國的“海盜一號”和“海盜二號”探測器,更于1976年成功登陸火星——此前,蘇聯(lián)的“火星二號”在嘗試登陸時不幸墜毀在火星表面,而“火星三號”倒是實現(xiàn)了“著陸”,只是運氣太差,遭遇到異常猛烈的火星沙塵暴,僅僅工作了22秒就和地球失去了聯(lián)系。

這些從地球遠道而去的探測器除了幫人們一睹火星的真容外,也帶來了一個縈繞在人們心頭的巨大問號:火星上存在生命嗎?

它們清晰地描繪了完整的火星地貌,發(fā)現(xiàn)了太陽系中已知最高大的山脈“奧林帕斯山”(高度超過2萬米)和比地球上任何峽谷都壯觀的“水手谷”,然而所有的發(fā)現(xiàn)都表明,這是一個寒冷、干燥、荒涼、了無生機的星球,沒有任何生命的痕跡。而那些曾經(jīng)給人無限遐想的“線條”,要么根本不存在,要么不過是峽谷邊緣延伸出來的深色沙子,要么只是一座座環(huán)形山由于距離遙遠被地球人的眼睛連成了一線而已。這不免令人失望。

進入上世紀(jì)90年代后,人類探索火星的熱潮又一次被激起,火星探測器發(fā)射得更為頻繁,其中著名的有美國的火星探路者、火星環(huán)球勘測者、勇氣號、機遇號、鳳凰號,歐洲的火星快車等。好消息一個個傳了回來——

各個探測器從火星軌道和表面都不斷發(fā)現(xiàn)洪水沖刷以及湖泊或海洋沉積而形成的地貌;“勇氣號”在火星上發(fā)現(xiàn)了硅膠,而硅膠是硅酸在水中形成的膠體;“機遇號”則發(fā)現(xiàn)了顯然是被水浸泡過的巖石?？茖W(xué)家?guī)缀跻呀?jīng)能夠肯定,火星真的曾是一個“水星”。

不僅如此?！盎鹦强燔嚒睂鹦悄蠘O進行光譜分析后發(fā)現(xiàn),那白色的極冠是由干冰和水冰共同組成的;去年登上火星的“鳳凰號”則在火星北極附近挖坑的時候掘出了冰塊,而4天以后它們蒸發(fā)了;更讓人興奮的是,當(dāng)它進一步對一份火星土壤樣品進行加熱時,水蒸氣釋放了出來……很顯然,不僅是“從前”,火星“現(xiàn)在”依然有水!

雖然有水并不意味著一定有(或有過)生命,但水是構(gòu)成生命的基礎(chǔ)物質(zhì),有水,就有希望。

螢火一號:中國人來了

要不是俄羅斯火箭推遲發(fā)射,中國的“螢火一號”現(xiàn)在也已經(jīng)在去往火星的路上了。雖然遺憾,但它依然表明我們中國人也邁開了探索火星的步伐。

“螢火一號”的重要使命,同樣跟“水”緊密相關(guān)。雖然目前已經(jīng)找到了存在水的證據(jù),但現(xiàn)在的火星畢竟已與從前那個曾經(jīng)“洪水滔天”的火星完全不一樣了?！拔灮鹨惶枴睂y帶等離子探測包、光學(xué)成像儀、磁強器等多個儀器,對火星的電離層、磁場以及周圍環(huán)境空間等進行探測,努力為解答火星表面水消失的奧秘尋找有價值的線索。

可能對我們來說,更重要的另一個使命,將是為我們國家下一步的火星探測打下基礎(chǔ)。

由于是搭俄羅斯“福布斯”火星探測器的“順風(fēng)車”,“螢火一號”無法自主選擇軌道,因此在服役期間將7次進入火星陰影,最長一次達到8.8小時。這是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),因為接收不到陽光,部分機器將不得不暫停進入休眠狀態(tài),在離開火星陰影之后再進行加電、加熱來喚醒。如果說機器在這期間被凍壞了,就無法再進行喚醒。去年年底,美國的“鳳凰號”就在火星的“黑夜”中和地球失去了聯(lián)系。不過,在我國自己進行的測試中,“螢火一號”成功地經(jīng)受住了8.8小時“黑夜”的考驗。

而之所以要使用俄羅斯火箭,主要是由于我們自己的火箭目前還不足以帶著運載物達到第二宇宙速度(即11.2千米/秒,能使物體擺脫地球引力的束縛,進入環(huán)繞太陽運行的軌道)。萬事開頭難,但我們不會停下自己的腳步。

期待“螢火一號”早日啟程,祝福“螢火一號”一路好運!

(注:本文作者為杭州高級中學(xué)天文社成員)