太陽系探索之旅 真實的火星｜人類無法登陸火星的真正原因？

地球是人類的搖籃,但人類不可能永遠生活在搖籃中。 全球變暖、臭氧層破壞、生物多樣性減少、土地荒漠化、海洋污染等,都是人類正在面臨的全球性環境問題。 也許有一天,我是說也許,我們將無法在地球上生存。 所以,人類一直計劃着逃離地球。 不過很顯然,這是一個極難實現,卻又不得不實現的計劃。 於是,火星移民成爲了人類的目標。 隨着越來越多的火星計劃在世界各地誕生,逐步深入的火星探索,讓我們對這顆紅色的星球有了更直觀的認知。 那麼火星到底是一個怎樣的地方?火星有可能成爲我們第二個家園嗎? 大家好,我是斯文,這期視頻就讓我們一起登陸火星。 太陽系中的類地行星有水星、金星、地球和火星。 這些都是岩石星球,那麼人類爲什麼要把移民計劃釘在火星呢? 金星明明是離地球最近的行星,而且金星和地球的直徑、質量、密度也很接近,重力也很接近。 爲什麼人類不願意移民金星呢? 其實是因爲金星表面的環境實在是太惡劣了,完全不適合人類居住。 金星大氣層密度極高,其表面上的壓力是地球表面壓力的92倍左右, 相當於在地球1000米深處的海洋下的壓力,這是塞亞人才能承受的壓力。 我們如果到了金星上會瞬間被壓死,而且金星的表面溫度至少達到462攝氏度,找不到一滴液態水。 在這個溫度下,錫、鉛這類低溶點的金屬都會融化,更不用說人類。 人類目前還沒有任何宇航服可以扛住這種溫度。 而火星之所以成爲人類太空移民的首選星球,是因爲火星與地球有很多相似之處。 比如它跟地球一樣,都處於太陽系的視距帶上,視距帶被認爲是決定一顆星球能否發展生命的重要因素。 當然也有一部分科學家認爲,並非一定要在視距帶內的行星才適合生命的生存, 外星人可能並不需要和地球一樣的生活條件。 火星也有公轉和自轉,火星的一天是24小時39分,跟地球的晝夜輪替時間幾乎相同, 所以我們在火星上也可以看到太陽的東昇西落。 不過火星的公轉週期比地球要長很多,地球的一年一般是365天, 但是火星上的一年相當於687天,也就是一個火星年約等於地球的兩年, 所以也有了火星曆。 與地球日曆相比,研究火星的科學家把火星零年定在了地球日期的1953年5月24日, 火星一年爲地球日期的1955年4月11日。 截止地球日期2022年12月26日,剛好是火星的第37年, 也就是說我們現在還在火星的37年裏。 火星的自轉軸也有明顯的傾斜,傾斜角爲25.19度, 與地球自轉軸的傾斜角23.5度非常接近, 這也意味着火星同樣擁有春夏秋冬四季輪換, 不過由於其軌道離心率比地球大得多,一年約等於地球的兩年, 所以火星上一季度的長度約爲地球的兩倍。 地球有月亮相伴,火星有火衛一、火衛二兩顆行星繞其運行, 只不過這兩顆衛星的體積都很小。 除了這些相似之處,這兩顆行星也有很多不同之處, 比如火星的大小,火星比月球大一些, 但是比地球要小很多,它的直徑只有地球的一半, 體積是地球的六分之一,需要六個以上的火星才能填滿地球。 火星的引力是地球上的38%, 如果你在地球上重100斤,那麼你在火星上的重量只有38斤。 火星的大氣也非常稀薄,密度不到地球大氣的1%, 成分爲95%的二氧化碳,3%的氮氣,1.6%的亞氣和很少的氧氣。 在外貌上,火星也與地球大相徑庭, 地球表面覆蓋着大片海洋,是生機盎然的藍色星球, 火星上則是乾旱荒蕪的沙漠戈壁。 雖然火星也有着多種多樣的地形, 但是各種地貌特徵都比地球上的同類結構大上好幾號。 比如山峯,這是整個太陽系最高的山峯,奧林帕斯山, 形狀如同一個巨大的盾牌,其底部直徑達600公里, 所在面積比中國湖南省還要大, 它的高度超過21000米,是地球逐木老馬峯的兩倍多。 火星上還有太陽系最長的峽谷,水手峽谷, 長度超過4500公里,相當於從我國東北的加姆斯到新疆喀什。 而峽谷往下最深處約8公里, 它是從太空中看火星最容易識別的地方。 而火星的南北半球有明顯的自然分界, 赤道上雄居着塔爾西斯高原和水手谷, 隔開了地貌截然不同的南北兩個半球。 北半球是廣闊的平緩低地, 它的面積是亞洲、歐洲和大洋洲面積的總和, 南半球則是遍佈撞擊坑的高地, 火星的北極要比南極低了大約6000米。 這是NASA的哈勃太空望遠鏡於2016年5月12日拍攝的火星照片, 當時兩顆行星都位於太陽的同一側, 火星距離地球8000萬公里, 這個現象叫做火星衝日, 這段時間火星被太陽照亮的一面完全朝向地球, 是觀測火星的絕佳機會。 哈勃太空望遠鏡剛好捕捉到了這張火星的圖像, 照片中心的橙色區域叫做阿拉伯高地, 是一片遼闊的山地,最長範圍可達4500公里, 遍佈隕石坑,被認爲是火星上最古老的地形之一, 乾涸的河流峽谷蜿蜒地穿過該區域, 流入北部大片低地, 阿拉伯高地的下方有一條長長的黑色地貌, 由東向西分別是世巴灣區和子午線灣, 中間還有一個非常明顯的圓形特徵, 這就是斯基亞帕雷利隕石坑, 最右側的一大片黑色的區域叫做大瑟提斯高原, 也叫大流沙, 是火星上的一座鈍狀火山, 大部分地區都是玄武岩, 未被沙子覆蓋所以呈現黑色, 它是人類第一個記錄的其他行星上的特徵, 而照片中這些藍色的部分是圍繞着山頂的雲層。 2020年7月, 人類派出了史無前例的火星探測陣容, 阿聯酋的希望號, 中國的天問一號和美國的毅力號, 將分別於2021年2月9日, 10日和18日抵達火星, 其中希望號的任務是探究火星的大氣和氣候, 它會直接進入火星環繞軌道, 天問一號則是要對火星勘測三個月後纔開始着陸, 而毅力號選擇直接降落火星表面, 因此火星着陸的首個大氣由毅力號上演, 它於2020年7月30日發射, 2021年2月18日成功登陸火星, 它當時以19500公里每小時的速度進入火星大氣層, 在大約7分鐘的時間內減速到3公里每小時, 併成功降落在傑澤羅隱石坑。 大家現在看到的就是毅力號火星探測器登陸火星的畫面, 當航天器進入火星大氣層時, 它會遇到密度不同的空氣團, 這可能會使其偏離軌道, 作爲補償, 它在後殼上使用了小型推進器來調整升力的角度和方向, 就像地球一樣, 大氣層的阻力會大大減慢它的速度, 但也會使其急劇升溫, 進入大氣層約80秒後, 隔熱罩外表面的溫度達到最高, 約1300攝氏度, 然而火星車在航空殼內是安全的, 在各種高科技和隔熱罩的保護下, 其溫度只能達到室溫左右, 當航天器的速度減至每小時1600公里以下時, 就可以安全地展開降落傘了, 依靠降落傘減速是非常重要也是非常困難的一個環節, 困難在哪裏呢? 毅力號搭載的降落傘直徑爲21.5米, 這是人類在其他行星上用過的最大降落傘, 這個巨大的超音速降落傘會在航天器進入大氣層約240秒後展開, 此時毅力號距離火星表面約11公里, 速度約爲每小時1512公里, 在如此快的速度下, 降落傘打開的瞬間會產生巨大的制動力, 相當於航天器被猛地拽了一下, 這個力很大, 大概能達到10噸以上, 不僅力量大, 開傘後航天器還會發生劇烈的抖動和旋轉, 降落傘展開20秒後, 隔熱罩分離並掉落, 火星車首次暴露在火星大氣中, 在稀薄的火星大氣中, 降落傘只能夠將飛行器的速度減至約每小時320公里, 儘管它已經達到極限, 但是這個速度依然足以讓火星車摔得粉碎, 爲了達到安全的着陸速度, 毅力號必須脫離降落傘, 並使用火箭揹包完成剩下的降落, 火星車正上方, 後殼內是一種帶有8個發動機的強力反衝火箭揹包, 噴氣方向指向地面, 當下降過程趨於平穩, 並減速至約2.7公里每小時的最終下降速度時, 它將啓動人類着陸行星最高科技, 空中吊車, 着陸前約12秒, 在距離地面20米處, 火星車被釋放, 並被一組約6.4米長的纜繩懸掛着, 隨着高度逐漸降低, 火星車的動力系統逐漸展開, 火星車慢慢靠近地面, 一旦火星車感覺到輪子接觸地面, 它就會迅速切斷連接的纜繩, 讓火箭揹包自由地飛離, 與火星車保持安全距離, 最終墜毀, 通過這種方式, 巨大的火星車被釋放到了火星表面, 着陸火星其實是非常困難的, 要知道, 這幾乎相當於把一輛家用轎車從迪拜塔上扔下來後, 要在短短几十秒內將相對速度減到幾乎爲零, 還要懸停避障穩穩地釋放火星車, 由於火星車上有很多精密儀器, 對沖擊力的容忍度非常低, 而且毅力號的着陸點在一片遠古河流的三角洲內, 地形地貌非常複雜, 它必須要有足夠的智能, 擁有自主規避風險的能力, 選擇最優路徑將火星車放在最理想的地點, 並且火星距離地球非常遙遠, 最近時也有5400萬公里, 最遠時可達4億公里, 這意味着從地球到火星的通信往返存在着巨大的延遲, 在毅力號着陸過程中, 需要超過11分鐘才能收到火星發揮的無線電信號, 所以當聽說航天器已經進入大氣層時, 實際上火星車已經在地面了, 目前任何航天機構發送到火星的任務中, 只有大約40%取得了成功, 難度可想而知。 2021年2月19日, 大約在毅力號着陸18小時後, 毅力號火星車上的麥克風首次記錄到了火星上的聲音, 這個聲音很低沉, 有點像我們聽貝殼或者用手捂住耳朵時聽到的風聲, 相同的聲音在地球上聽和在火星上聽是完全不同的。 此外,2022年9月的時候, NASA的洞察號火星探測器捕捉到了隕石撞擊火星的聲音, 其實主要有三個因素會導致火星上的聲音與地球不同, 首先是聲音的傳播速度, 火星表面的平均溫度約爲零下63攝氏度, 在這種寒冷的情況下聲音的傳播速度較低, 大約是每秒240米, 而地球上的聲速大約是每秒340米, 所以在火星中發出的聲音就需要稍長的時間才能到達我們的耳朵。 然後是音量, 在稀薄的火星大氣中, 我們必須離聲源更近才能聽到與地球上相同的音量。 最後是音調, 火星大氣層由大約95%的二氧化碳組成, 會吸收大量高音調的聲音, 因此只有低音調的聲音才能傳播得很遠, 在很大程度上, 我們只能在火星上聽到低音。 2021年2月20日, 伊犁號火星車在着陸點處拍攝了360度的視圖, 大家可以看到, 整個火星表面佈滿了沙塵和石塊, 目的所及都是一片紅褐色, 這是因爲火星表面廣泛分佈着氧化鐵, 它使火星呈現出一種紅色的外觀, 在肉眼可見的天體中獨具一格。 火星表面的大氣雖然稀薄, 不到地球大氣的1%, 但是大氣中的種種活動一點也沒大折扣, 反而比地球上還要猛烈, 天空有時也會是淡淡的橘紅色, 因爲塵埃被狂風和塵暴揚到了空中, 它們會漂浮很久, 讓天空染上自己的顏色。 火星日落時的景象與地球不同, 因爲陽光裏紅色的部分在通過大氣的時候被散射掉了, 來到我們眼中的陽光裏, 藍光的比例會增大, 所以火星上的夕陽看上去會讓人感到一絲寒意。 自從人類探測火星開始, 拍照就是一場常規工作, 每次火星探測器都會拍攝大量的火星照片, 而地球上的火星迷們, 總喜歡在照片上尋找與地球能夠聯繫在一起的奇特事物。 這一切都始於1976年, 維京一號探測器拍攝的一張照片, 人們驚訝地發現, 照片中火星表面出現了一張人臉, 這就是著名的火星臉, 這張臉看上去有眼睛,鼻子和嘴巴, 一時間這一消息引發了無數猜想, 有些人認爲這張臉便是火星上存在生命的確鑿證據, 天文愛好者也紛紛猜測, 它是火星人在過去建造的。 儘管科學家指出, 火星臉純屬是地形和光影巧合的產物, 但還是有很多人堅信, 這是火星古代文明留下的作品, 並且樂此不疲地在接下來幾十年裏, 從火星探測器傳回的照片中尋找新的證據。 比如2022年12月12日, NASA火星軌道飛行器拍攝到了一張火星表面非常可愛的照片, 火星熊臉, 然而仔細觀察的話可以發現, 這個熊臉其實是由一座小山組成的, 山上有一個V形塌陷結構, 兩個隕石坑和一個圓形斷裂圖案。 當人們在陌生世界中, 見到那些彷彿是我們生活中熟悉的事物時, 總是樂於腦補出更加豐富多彩的信息, 這似乎從另一個側面反映出, 人類對於火星上旅行甚至去生活的嚮往。 NASA爲什麼會選擇傑澤羅隕石坑作爲毅力號火星車的着陸點呢? 有關着陸點的選擇, 是這次任務團隊成員和來自世界各地的科學家, 經過了5年的研究後, 在60多個候選地點中投票出的結果。 科學家們一直認爲火星上是存在過生命的, 但是一直沒有發現證據, 後來經研究發現, 35億年前, 傑澤羅這片地區曾經是個湖泊, 是非常適合生命生存的環境, 很有可能有微生物曾經生活在傑澤羅。 那麼這麼多年過去了, 這些微生物的遺骸跡象可能會在湖牀的沉積物中被發現。 這也是毅力號這次的主要任務, 在火星上尋找生命跡象, 並且收集岩石和土壤樣本, 以便可以返回地球。 截止2023年8月7日, 毅力號已經在火星上度過了900天了。 科學家說, 以現在人類的航天技術是可以將人類送上火星的, 但是它將永遠留在火星, 因爲我們現在的技術還無法把它送回地球。 這是爲什麼呢? 人類在上個世紀就完成了首次登陸月球, 美國宇航員阿姆斯特朗順利地登上了月球, 說出了那句著名的話, 這是我的一小步, 但卻是人類的一大步, 並且安全地返回了地球。 那麼爲什麼都經過了這麼長時間的發展, 人類還不能登上火星, 然後安全返回呢? 其實這和行星的引力有很大的關係。 月球的引力非常小, 只有大約地球引力的六分之一。 返回器只需要很小的推力, 就可以脫離月球的引力返回地球。 並且月球到地球的距離不是很遠, 所以返回艙不需要攜帶太多的燃料, 同時也可以在國際空間站做補給工作, 不至於燃料用完而發生意外情況。 但火星就不一樣了, 它的引力雖然沒有地球的引力大, 但是卻比月球的引力大很多, 幾乎是月球的兩倍。 所以返回艙想要成功返回, 就必須要使用火箭推動器。 但是這個火箭推動器由誰來建設呢? 火星人嗎? 如果火箭助推器的問題解決了, 那麼接下來的問題就是燃料的問題。 飛船在飛往火星時就需要攜帶更多的燃料。 有人說,難道不能再用一艘飛船 專門運送燃料上去嗎? 這樣不就解決了燃料的問題嗎? 這個方法確實是可行的, 但是這個方法耗資實在是太高了。 如果專門爲了運送燃料 而建造一艘航天飛船, 對於任何一個國家來說都是無法承擔的。 而且火星距離地球實在是太遠了, 平均距離約爲2億公里。 人類目前的載人飛船最快速度 可達每秒10.5千米, 即使這樣的速度一來一回 都要一到兩年的時間。 這樣的時間對於地球上來說並不算太長, 但是對於在飛船裏的宇航員來說 是極度困難的, 不僅是精神上的寂寞, 宇航員的生理體能也將是一個非常嚴重的問題。 此外,火星上的環境條件太過惡劣, 人類在進入探索時都必須要穿上宇航服, 備好足夠的氧氣和氮氣, 但目前的宇航服也僅能維持 宇航員6到8小時的存活時間。 如果沒了宇航服, 人類在火星上能活多久呢? 答案是2到5分鐘。 失去宇航服保護後, 你的前幾次呼吸就會把費力的氧氣消耗完, 15秒內會因爲缺氧而失去意識, 15秒到30秒內你會開始腦死亡, 同時,在火星這種低壓環境下, 你體內的壓強將會大大超出外界的壓強, 器官開始膨脹。 不過幸好, 人類的器官組織有一定的韌性, 並不會爆炸, 但是低壓對於人類最致命的並不是膨脹現象, 而是隨着大氣壓強的不斷降低, 液體的廢點也會不斷下降, 你體內的液體, 包括眼淚,唾液,肺部的水都會開始沸騰, 想必這個感覺應該不會很舒服。 如果在2到5分鐘內沒有立刻把你傳送回地球, 你將在5分鐘後徹底死亡。 比如在1971年, 聯盟11號在返航途中, 飛船發生故障, 艙內空氣全部逃逸, 三位宇航員瞬間如同置身於真空環境, 但是因爲沒有穿上宇航服, 宇航員們根本沒有足夠的時間來支撐自己, 手動補救故障, 甚至在十幾秒後他們就紛紛失去了意識。 根據飛船的儀器顯示, 這三名宇航員在這樣的環境下只存活了40秒左右, 就已經全部死亡了。 雖然5分鐘後的事情已經與你無關了, 但是如果5分鐘後, 你的身體還是沒有被傳送回地球, 那麼你的身體將在幾個小時後, 慢慢降低到火星表面平均溫度, 零下63攝氏度, 凍成固態, 你會永遠保持這個狀態, 直到被火星上沙塵暴颳起的沙塵埋葬。 如果馬斯克未來真的改造了火星, 讓火星表面變熱, 釋放出火星地下凍結的液態水, 你身上數以萬計的生命將會甦醒, 你或許會成爲火星生命的祖先。