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澳门日报:徐世杰媒体谈火星

点击数:    |    加入时间:2004-04-23

火星上可能曾有咸海 《澳门日报》2004年3月25日:

一直关注“机遇”号、“勇气”号火星车在火星探测工作的澳门新萄京8522 cm教授徐世杰向记者介绍说,目前公布的支持美国科学家作出此种判断的依据,主要有两条:

其一,根据形状判断,在岩石中发现了超过5厘米厚的“交错层”,上面有类似“微笑”形状的波纹。据介绍,以前“机遇”号也曾在岩石中发现波纹,但经判断,那些波纹是由风力形成的。而这一次发现的波纹,只有在两种情况下才能形成,一种是在海岸线上,海水不断地涨落冲击细沙,当海水消失,细沙沉积成岩石后,才能在岩石中形成这种波纹;另一种情况,是沙漠中的湖泊冲击细沙,也可能形成这种岩石波纹。在地球上的同类环境中,有确凿的证据证明只有水才能形成这种波纹。

另一个证据证明了形成这种波纹的水是咸水,因为他们发现这种岩石中含有氯和溴。而这种成分只有在有盐水沉积形成的岩石中才能发现。

“机遇”号重大发现火星上曾经有水 《澳门日报》2004年3月4日:

澳门新萄京8522 cm徐世杰教授告诉记者,“机遇”号、“勇气”号火星车最重要的任务就是寻找水在火星上存在的证据。因此,美国宇航局在当初选择它们的着陆地点时,就把找水当作一个重要的因素来考虑。

“勇气”号着陆地点是在古谢夫环形山,之所以选择这样一个地点,是因为美国“火星全球勘测者”轨道器经过多年勘测,认为这个地方在远古时期可能是一个湖,现在可能是一个干涸的湖床,因而很可能在这里找到水存在的证据。但“勇气”号着陆以后,美国人心里其实已经有点失望了,因为那个地点非常平坦,基本找不到什么像样的岩石,而岩石对于保存远古时期的信息是十分重要的。因此,“勇气”号一直到现在也没有太多发现。

“机遇”号着陆地点被称为梅里迪亚尼平原,这一地方几乎没有飞尘,可能有水、火山或其它液态物体,是原始生命存在的理想地点。“机遇”号着陆后发回的第一张照片就令科学家们十分兴奋,因为它刚好降落在一个坑里,周围排列着白花花的岩石,这是一个理想的勘测地点。

“机遇”号先对周围的土壤作了一些探测,又固定住五个轮子,转动剩下的一个轮子,用这种办法在火星上“刨”出一个坑,作了一些探测,然后就向周边的岩石驶去。利用自身携带的全景照相机,它选定了有交错岩层的“埃尔?卡皮顿”火星岩石。但据报道,现在它又发现了周围还有比这块石头更好的岩石,准备去作进一步探测。

徐教授告诉记者,欧洲科学家于今年1月23日宣布,欧洲“火星快车”轨道探测器第一次捕捉到火星南极白冠上方有氢原子存在,从而证明了白冠是一种冰冻状态的水,而以前人们一直怀疑那只是二氧化碳形成的干冰。那是第一次证明火星上确实有冰冻状态的水存在。但是,在火星两极区发现的冰很难说一定是火星上原来存在的,也很有可能是彗星撞上去留下的冰。比如人们在月球两极上也发现有很多冰,但大部分人认为那是彗星撞上去留下的,而不是月球上原来就有水。而这一次在火星岩石中发现了水的证据,那就肯定是火星本身存在的水,意义重大。

我们看见了9分钟前的火星

澳门日报2004年1月5日报道:

神秘火星对地球人类的诱惑真是不可阻挡,继不久前日本“希望”号失利和欧空局“猎兔犬-2”不知所踪之后,澳门时间昨天中午12时35分,又一个地球使者――美国“勇气”号火星车抵达火星并在火星表面着陆。17分钟后,美国宇航局收到“勇气”号发回的信息,宣告这次登陆终于成功。

约3个小时后,澳门时间昨天下午3时35分左右,电视机前的无数观众惊喜地看到了“勇气”号传回的首批火星照片,这些高清晰照片是差不多9分钟前刚刚在1亿2千万公里外的火星表面拍摄到的。

  1 第一次行星之间的直播

澳门时间昨天下午3时35分左右,世界各地聚集在电视机前的观众看到了一幅幅具有历史意义的画面,美国“勇气”号火星车在火星成功登陆约3个小时后,按预定计划向地球传输了首批火星照片,而这些照片直接展示在了全世界的观众面前,就这样,人类第一次实现了真正意义上的星际直播――行星之间的直播,这也是人类有史以来传送距离最远――长达1亿2千万公里的一次直播。

而当这些来自遥远火星的照片展现在地球人面前的时候,它们展示的是差不多9分钟之前在火星上发生的事情。

尽管对于普通读者来说这些黑白照片显得有些单调,但澳门新萄京8522 cm教授、博士生导师徐世杰在接受本报记者采访时说,这种情况是正常的、早在预料之中。因为昨天使用的只是“勇气”号火星车上的工程相机和导航相机,这些相机是用来监视仪器设备和导航用的,是黑白相机。而火星上由于大气非常稀薄,里面灰尘微粒比较多,所以火星的天空是橙红色的,而它的地面是黄色的,这两种颜色在黑白照片上看上去反差不是很大,所以不是很漂亮,但实际传回的照片非常清晰,这一点有些出乎大家意料。

事实上,更精彩的还在后面――这一次“勇气”号还带了一对可拍摄火星表面彩色照片的全景照相机,它们左右可以360度旋转,上下可以180度俯仰。这两台相机高度与人眼高度差不多,有了它们,火星车能像站在火星表面的人一样环视四周。按计划,这两台相机要到几天以后才开始工作,所以只要再耐心等几天,就可以看到火星上差不多是即时的美丽景象了。

  2 星际直播是怎么实现的

如果不算不久前欧空局发射、至今生死未卜的“猎兔犬-2”,到目前为止,人类已进行了13次火星着陆探测,而成功着陆的只有4次。按计划,这些火星着陆探测都会向地球发回图像数据。但是,只有这一次“勇气”号和“机遇”号的火星着陆有向公众进行直播的计划。

为什么以前的火星着陆器不向公众直播呢?徐世杰教授介绍说,这主要是由于通信手段的限制决定的。

前苏联在1971年发射的“火星-3”号实现了第一次火星软着陆。美国于1975年发射的“海盗-1”号和“海盗-2”号探测器,以及1997年到达火星的“火星探路者”着陆器,也都成功实现了在火星上的软着陆。但由于当时通信手段和图像处理能力都没有现在这么强,传一幅图要经过很长时间,因此没有办法进行直播。

而现在的通信技术已经很先进,能源等各种系统也很精致了,这使得星际直播成为可能。徐世杰教授介绍,“勇气”号在火星着陆后,在信号传输上有两套方案:一是用它的高增益天线,直接把信号传给地球上的“深空网”。所谓“深空网”就是美国在其本土、澳大利亚、西班牙建立的三个大型深空测控站,其地理位置大约按地球经度每隔120度一个,这样,任何时间都有两个测控站可以测控到火星上的信号。“勇气”号的高增益天线功率足够大,“深空网”可以直接接收到它发射的信号。如果这套方案出了故障,还有备用方案,就是利用“勇气”号上的中增益天线把信号传送到“火星全球勘探者”或“火星奥德赛”这样的火星轨道器上,经火星轨道器放大后,再转发到地球上的“深空网”。由于现在的图像都是经过8倍或更多倍数的压缩后再发回来的,因此可以发回更多的数据量。正是数据传输技术的进步,使火星与地球间的星际直播成为可能。

可以理解的是,所谓星际直播也必然有一定的延时。从火星到地球,电磁波本身要走约7分钟时间,再加上解码等数据处理的过程,整个过程会有大约9分钟的延时。

说到星际直播,许多读者也许会联想到1969年的人类登月直播。徐教授说,当时的登月直播是从地球的卫星――月球上向地球传输信号,而这一次是行星际的直播,性质是不同的,最明显的一点是二者距离相差很悬殊。由于地球和月球之间距离相对近得多,那一次发射到月球上的是十几吨重的设备,有两个宇航员登上月球,可以带上大型的摄像机,宇航员可以亲自操纵摄像机,信号的发射功率很大,能量也足够,所以在通信上提供直播图像信号不存在问题。

  3 着陆最大挑战是最后6分钟

看过昨天电视直播的读者,都会对“勇气”号着陆前紧张的十几分钟留下深刻印象。的确,火星着陆是十分困难的,很多探测器都在这个环节出了问题,如前苏联的“火星-2”号和“太阳神-2”号、美国的“火星极地着陆器”。以往的行星着陆器,多采用降落伞、减速火箭等为探测器减速,最后用着陆器“腿”来缓冲撞击力,但这种技术可靠性不高。

1997年到达火星的“火星探路者”实验了一种“廉价着陆技术”,即利用降落伞、减速火箭和气囊减速,最后以较高速度(15-25米/秒)在火星着陆,而不是通常软着陆所需要的2-3米/秒。气囊在整个着陆器的外层,然后是三角形花瓣结构的外壳,巡游车包在最里面,从而有效降低了着陆风险。“火星探路者”的成功着陆使这种技术得到推广,“勇气”号、“机遇”号以及欧空局的“猎兔犬-2”都采用这种着陆技术。

徐世杰教授介绍,“勇气”号登陆火星面临的最大挑战是登陆前进入火星大气层的最后6分钟。在这个过程中,机器人得完全靠它自己来应付。当“勇气”号登陆舱即将着陆时,舱内的智能机器人将利用雷达保持登陆舱相对高度的轨迹,在距离火星表面284米处,包裹登陆舱的气囊开始充气;距火星表面134米时,减速火箭开始点火;距火星表面10米时,切断缆绳,为着陆作好准备。在登陆舱最终撞击火星表面时,舱体会高高弹起,由于火星的引力只有地球的38%,气压只有地球的1%,所以,舱体着陆瞬间被弹起的高度有5层楼那么高。着陆器弹跳、滚动最远距离可能达1公里,大约10分钟后停下来。完全停止后,着陆器还要自动完成打开动作,在经过一系列自我检测后才能开始工作,这也是它3小时后才向地球传输照片的原因。

  4 “勇气”、“机遇”双保险

“勇气”号和“机遇”号火星车分别于2003年6月10日和7月7日从美国发射升空,现在“勇气”号已经成功在火星登陆,按计划,“机遇”号将于本月24日在火星登陆。

“勇气”号和“机遇”号是完全同样的火星巡游车,它们的任务都是在火星上找水,具体来说就是找硅酸盐和黏土,它们是火星上曾经有水的证据。此外,“勇气”号和“机遇”号还带了一套岩石研磨工具――过去的探测都是在火星表面进行,由于火星有大气,还有射线辐射,表面岩石不能保留远古时期的状态,而这套研磨工具可以在火星上钻一个直径45毫米、深5毫米的孔,进入岩石内部进行探测。 

“勇气”号的设计寿命是90个火星日(火星日和地球日差不多,比地球日长40多分钟),但其实际工作寿命可能会更长。以前“火星探路者”的设计寿命是7个火星日,但它实际上工作了21个火星日。此后,随着电池电量渐渐不足以支持工作需要、仪器设备镜头渐渐被灰尘损害,火星车就会报废,遗弃在火星上。

同样的火星车,为什么相隔如此之近要发射两个?徐教授说,这主要是出于双保险的考虑,美国人以往在这方面是有教训的。1997年,美国发射的一个叫“火星观察者”的探测器在接近火星不到10万公里时联系不上了,不知飞哪去了。于是到1999年,美国就把一次探测行动作两次发射,加个双保险,不幸的是这两个发射也都失败了。

2001年发射的火星轨道器“火星奥德赛”本来也要带登陆器上去,但因为1999年的失败,为保险起见,就把一个任务分成了两个:那次只发射了轨道器,而2003年发射的“勇气”号和“机遇”号都是登陆器。

尽管“勇气”号和“机遇”号是完全相同的登陆器,但如果两个都成功,也不会浪费,因为它们的着陆点、探测区域是不一样的。

  5 “勇气”号与“猎兔犬-2”比较

“勇气”号和“机遇”号火星车代表目前火星探测的最高水平。徐教授把“勇气”号与不久前发射的“猎兔犬-2”登陆器作了一点比较。

徐教授说,欧空局发射的“猎兔犬-2”登陆器是相当初级的,它不能动,只能探测着陆点周围两三米的范围,还不如当年“火星探路者”的能力。因为这是欧洲第一次发射火星探测器,主要目的是发射一个火星轨道器――“火星快车”。“火星快车”担负了这次计划90%的探测任务,“猎兔犬-2”只是捎带的,是一个试探。

许多人还有印象,“猎兔犬-2”着陆后要等两个多小时才能向地面传回信号。徐教授解释,这是因为“猎兔犬-2”本身发射的信号非常弱,只能通过上空的轨道器接收放大后转发到地面“深空网”;而“猎兔犬-2”着陆后两个小时后,才有“火星奥德赛”轨道器经过它的上空,再有半个小时左右处理信息,地面上才能收到“猎兔犬-2”传回的信息。而“猎兔犬-2”自己的火星轨道器“火星快车”此时还没有调整进入其正常工作轨道,无法帮助“猎兔犬-2”转接信号。1月4日“火星快车”进入轨道后,才能接替搜索“猎兔犬-2”的任务。

“火星奥德赛”轨道器属于美国,它只是给“猎兔犬-2”帮忙,并没有为此特意调整轨道,只是什么时候经过,顺便帮“猎兔犬-2”转发一下信号。

   6 地球人“入侵”火星?

在科幻小说和科幻电影中,“火星人入侵地球”曾是人们热衷的一个题材。但20世纪末期以来,倒是出现了相反的情形:地球人类开始了对火星的探测。进入21世纪,国际上更是掀起了新一轮火星探测热。

美国宇航局已经制定了一个20年的长期计划,计划今后每隔两年向火星至少发射一个探测器,意大利和法国也将参加这一计划。该计划预定:2005年发射“火星再认识”轨道器,可以在轨道上以20-30厘米的分辨率来观察火星;2007年发射“灵巧登陆器”和“长期漫游器”,这是一个火星表面的移动科学实验室,任务是为下一步的火星取样返回铺路;同时在2007年发射第一个火星飞机,对火星表面进行低空探测;2014和2016年(一说2009年和2011年),利用一个小型的核反应堆作动力,实现两次火星取样返回地球,这期间还将进行深度达数百米的火星表面钻探。

去年年初,欧空局和俄罗斯联手启动了为期30年的“曙光计划”,将联合向火星发射自动探测器,并在2025年至2030年之间向火星发射载人飞船。

同时,俄罗斯、美国和欧空局也在协商进行合作,将载人火星登陆的时间提前到2014至2015年。按照该计划,由各方选派的6名宇航员将乘飞船飞赴火星,抵达火星后,3名宇航员将借助登陆舱在火星表面着陆,另外3名宇航员将驾驶飞船在火星轨道上待命。如果该计划得以实施,将是人类航天史上一个新的里程碑。到那一天,地球人“入侵”火星也许会成为现实――当然,人类探索外星球完全是为了和平目的。

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