“火星快车”率先起程 意在寻找生命（图）

   
　　进入21世纪，为了探寻地外生命存在的证据，各国纷纷将目标投向火星，众多火星探测器的研制成功加剧了世界各国在航天技术方面的竞争。2002年6月3日凌晨，欧洲航天局成功发射了“火星快车”火星探测器。


　　除了欧洲航天局的“火星快车”计划以外，美国也将从6月9日开始至6月19日，陆续发射两个火星探测器，经过6个月的飞行，预计于2004年1月到达火星轨道。美国的这两个火星探测器大小相当于超级市场的手推车，可其能力却大大超过1997年发射的“火星探路者”号，行动能力也有很大提高，在一个火星日（相当地球24小时37分钟）里能行驶40米距离。美国的这两个火星探测器在火星的着陆地点称“梅里迪安尼平面”，据认是火星地表最安全的地方。另一个待选着陆地点是“古瑟夫坑”。“古瑟夫坑”终日沙尘暴弥漫，美国科学家说，火星探测器的设计已经考虑到这种情况，足以抵御沙尘暴的袭击。


　　“火星快车”先行一步


　　“火星快车”是欧洲迄今向其他行星发射的第一个探测器，用于寻找地外生命存在的迹象。欧洲航天局（ESA）6月3日在哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场发射了“火星快车”，“火星快车”将满载着人类寻找地外生命的梦想飞往火星。如果一切进展顺利，对于火星上究竟有没有生命，“火星快车”或许能给予科学家一个明确的答案。科学家们预测，像地球一样，火星在诞生之初拥有大量水，一些研究人员认为，在火星北半球的大部分地区遍布着许多平原，那里曾经是由从南部高地倾泻而下的洪水淤积成的一片汪洋大海。


　　“火星快车”由一个方形小探测器和一个名叫“比格尔2”号的着陆舱组成，由俄罗斯“联盟”号运载火箭发射升空，预计历时7个月于2003年年底或2004年年初到达火星轨道，并在火星轨道运行两个火星年（1个火星年＝687个地球日）。“火星快车”搭载的方形探测器重1180千克；其上共搭载有7台仪器，其中多数是1996年以前研制的实验设备或由此前的仪器改装而成。172年前，达尔文曾经乘英国海军“比格尔”号军舰环球科学考察，完成了《物种起源》这部巨著。


　　“火星快车”环绕火星轨道运行一周需6.7小时，它在运行过程中，当距离火星约250公里时，各种仪器将开始工作。由瑞典、法国和意大利制造的仪器负责勘测火星大气的组成成分，以大致确定火星上的水是否继续逃逸到太空中；由法国太空天体物理研究所研制的红外线分光计负责绘制火星地表的矿物分布图，以测定火星上是否含有碳酸盐沉积物。科学家认为，碳酸盐沉积物的存在与否将是判断火星上是否曾有湖泊和海洋的重要证据。此后，由意大利罗马一所大学制造的测地雷达将探测坚硬的火星地表下约1米深处，以测定是否存在冰或液体蓄水层。


　　“比格尔2”号着陆舱位于“火星快车”火星探测器的前部，当“火星快车”到达火星的大约前5天，“比格尔2”号着陆舱即与运载火箭分离，穿过火星大气层时，着陆舱上的降落伞张开，减慢速度，在即将到达火星远古山脉和北部平原的结合部着陆点时，安全气囊充气以缓冲着陆舱着陆时与火星地表的强烈撞击。安全气囊在排气后立即开启，机动铰链驱动气囊向两边分开，其中的探测仪器朝向上方，暴露在火星稀薄的空气中。四个太阳能电池板迅即展开，开始接受阳光照射，为着陆舱提供必需的电能。约9米长的机械臂将负责探测周围的天气状况。“比格尔2”号上安装的大部分仪器设备在机械臂末端呈扇状展开，摄像机负责寻找特色岩石，显微镜将揭示岩石的纹理，X射线和γ射线分光仪负责确定岩石的成分。岩芯取样器负责将岩石表面磨光，与此同时，直径为2.7厘米的圆柱形金属钻探装置将深入岩石取样。


　　“火星快车”计划从立项实施至最终完成，历时4年，总费用约3.46亿美元，大大低于预期费用。该计划的短时、低成本完成给予欧洲航天局的科学家们一定程度的安慰。因为此次火星快车中安装的仪器大多来自“火星96”探测器，其中包括探测器上的高分辨率摄像机和三台设备。“火星96”飞行器是7年前由俄罗斯研制成功的，于发射后4小时出现故障，坠入太平洋损毁，探测器上装载的两个着陆舱和其他24台仪器设备大部分是由欧洲制造的，欧洲各国因此损失惨重。此次探测器中已配备了更好的传感器，以及其他一些附加电子设备。


　　这一轮竞争欧洲领先


　　“火星快车”计划代表了欧洲进行行星际探索的新策略，即从研制最初的探测器开始，衍生出一系列既节省成本又耗时短的探测器计划。目前，欧洲航天局在执行火星探测计划的同时，探测金星的多个计划正紧锣密鼓地准备着。欧洲航天局的科学家称，金星探测器将于大约2005年发射。


　　“比格尔2”号着陆舱在火星表面展开来后，开始寻找火星上生命存在的迹象。其上安装的数个传感器用于检测放射物、气体和尘埃物质。一个可自我掩埋的探测器将挖掘至火星地表以下近两米，采取一些土壤样品。摄像机负责将所拍摄到的火星三维地貌传回地球。X射线和γ射线分光仪将负责分析着陆地点附近的岩石情况。


　　“比格尔2”号着陆舱上搭载着多种先进仪器：ASPERA传感器用于检测和辨识火星外太空以及来自太阳风中的原子、离子和电子，包括从太阳飞向火星的众多粒子。科学家猜测，火星表面上的水经过蒸发，上升到火星高层大气中分解为氢气和氧气原子，然后被太阳风吹向外太空；SPICAM分光计包含两个仪器：紫外线探测器和红外线探测器。前者用于检测火星大气中的臭氧浓度，后者则用于检测火星大气中二氧化碳以及水蒸气的量；PFS分光计用于测定火星大气中气体和尘埃微粒所占的百分比。科学家希望借此探测出一些复杂分子如甲醛等的含量，并测量出其在不同大气高度的变化情况。依据这些数据，科学家可以更全面地了解火星的天气状况；OMEGA装置，该装置由可见光摄像机和红外线分光计组成，用于勘察和辨识火星地表矿物。一旦发现火星地表形貌奇特，科学家将启用该设备与HRSC高分辨率摄像机和PFS分光计协同工作，对火星地表进行拍照；HRSC高分辨率摄像机可对火星地表施行大范围三维立体全彩拍照，也可远距离放大拍摄对象，得到更清晰的画面以为未来发射的火星探测器选定更适宜的着陆点；MARSIS测地雷达将探测火星地表以下数公里深的土壤组分。另外，它还将测定局部的地质状况，如沙丘、熔岩流、古代河流冲刷遗留的沉积物以及地下蓄水层等。当然，实施火星探测计划的各方在竞争中也存在着合作，例如“火星快车”上搭载的雷达和“比格尔2”号着陆舱的研制也有美国航空航天局（NASA）研究人员的参与，而“火星快车”上搭载的离子分析器也将被安装在日本发射的“希望”号火星探测器上。这些仪器由英国、德国、法国、意大利和瑞典等国合作制造、组装完成。其中，天线由西班牙制造，太阳能电池板在德国制造，探测器结构组件则由瑞士制造，部件的组装是在意大利完成的，软件在法国安装。


　　火星是地球的近邻，其独特的空间位置、气候、地质使它有可能成为天文观测、科研和人类移民的彼岸。登陆火星一直是人类长久以来的梦想，在1969年“阿波罗”登月成功后，科学家们就把火星定为下一个征服的星球，而火星上存在大量水的发现更是激发了人们的想象和移民火星的热情。火星上存在不存在生物，现在谁都难以断言，可是除了地球，在太阳系的行星当中，火星是最有可能诞生生命的。1976年在美国执行“海盗计划”过程中，“海盗”1号着陆舱在火星普拉尼蒂亚平原软着陆，“海盗”2号着陆舱在火星乌托匹亚平原软着陆，进行火星生命探索。“海盗”号探测器此行的目的是在火星表面寻找生命的征候。遗憾的是，“海盗”号探测器没能发现生命的迹象。但是，所有对维持生命所必需的元素，在火星表面都找到了，这是意义深远的。


　　根据科学家的设想，如果能充分利用现有的技术，并且能保持足够投资，那么人类可以在2015年前后实现登陆火星的梦想。而后，人类将在火星上建立基地，逐步把火星环境加以改造，使之成为适合人类居住的第二个“地球”，进而实现大规模火星移民。人类有充分理由把火星作为新的行星际航行的出发点，对人类来说，不管困难有多大，这种诱惑都是不可抗拒的。


　　探索火星意在寻找生命


　　1976年在美国执行的“海盗计划”中，“海盗”1号着陆舱在火星普拉尼蒂亚平原软着陆，“海盗”2号着陆舱在火星乌托匹亚平原软着陆，进行火星生命探索。“海盗”号探测器的目的是在火星表面寻找生命的征候。遗憾的是，“海盗”号探测器没能发现生命的迹象。但是，所有对维持生命所必需的元素，在火星表面都找到了，这是意义深远的。那时，“海盗”号为了探索火星生命，采用了当时最先进的技术，而今天看来大有改进的余地。现在有了解决“海盗”号发现疑点的非常特殊的方法：这就是把荧光显微镜与图像处理法相结合的方法。在适当条件下，使用某种化学物质就能产生与生物具有的酶反应发出荧光的物质。这就是让生物体发出荧光的原理。把这种化学物质掺入土壤试料，放置几分钟后用荧光显微镜观察，如果存在生物它就会发出荧光。这种方法操作简便，结果也很可靠。把这种方法应用于地球土壤，能够一个一个地检测出微生物细胞。进一步选定染色条件，还能相当容易地判别生物是死的、活的，或是死了，但在进行某种程度的分解。这种方法无须添加培养液加以培养，所以对于探测未知生命是很合适的。这种方法的有利之处还在于，能够把试料置于接近本来状态进行分析，可以同时了解生物的生态。如果把这种方法与遗传基因分析使用的“PCR法”配合使用的话，还可以了解那种生物属于怎样的种类。在今后对火星生命的探索中，应当把荧光显微图像法和遗传基因分析法等直接探测方法与“海盗”号采用过的气体摄谱仪和质量分析法兼施并用。在实际对火星进行探测之前，遥感观测沙漠和西伯利亚永久冻土地带，检测出沙漠的水分和有机物，测定永久冻土地带的生物生态和冻土的厚度等，现在应当立即着手进行实验为即将实现的火星生命探索做好准备．。


　　说到在火星上登陆，我们尚不知道俄罗斯航天专家选择的具体登陆地点，但是选择登陆地点首先必须考虑到火星的地质年代和地形。在40亿年乃至35亿年前，火星同地球一样也有海洋，此后才逐渐“冷却”成今天这种冰冷的行星。在火星地形中，火星北半球火山口少的地区是比较新的地层，从地质年代来看，大约在40亿年到30亿年前火星南半球形成的高原是由古老地层构成。因此，探索火星的登陆地点首选地域应当是这种具有古老地形，特别是由流水冲刷形成的“水手谷”等地域。所幸火星上没有地球上的岩盘运动，古老地层古今如一。不过在这种地区找到仍生存的生物可能性不大，主要目的应是寻找原始生命的微小化石。如果找到现在火星上仍生存的生物有可能的话，那应当是在火星极冠的周围地区和地下永久冻土的含水层。为了生存地球型生物，水的存在是必不可少的条件，根据前面谈到的实验结果推测，在目前火星环境下有水存在的话，低温中的厌气微生物和原始光合作用的细菌生存是有充分可能性的，或许它们仍处在缓慢的进化过程中。


　　登陆火星———“集体项目”


　　据报道，俄罗斯科学家已为登陆火星选择了3个备用登陆点。其中一个登陆点位于一条宽60公里、深两公里的峡谷底部。根据专家们的判断，3个登陆点均蕴藏着固态水———冰。按计划，当载人飞船抵达火星后，科学家将利用30天到60天的时间对火星的面貌、地表物质组成和历史进行考察。根据俄罗斯科学家的计算，这样的行星际往返飞行将历时约440天。有关各方将为这次火星登陆之旅中的每千克载荷耗资近1000美元，俄罗斯方面的投入将占总投入的30％。俄罗斯航空航天局、中央机器制造科研所、“克尔德什”研究中心和科学院航天研究所的专家指出，之所以组织火星登陆是因为美国“奥德赛”火星探测器发现，在火星部分地区距地表10厘米至30厘米处含有固态水。有水的地方有可能存在生命，登上火星的科学家将能够彻底考证关于“火星生命”的种种猜测。此外实地考察火星的现状和历史，将有助于人类了解地球自身和及其未来的自然发展趋势。


　　在俄罗斯科学家拟定的火星登陆方案中，俄罗斯航空航天局打算和美国航空航天局（NASA）以及欧洲航天部门密切合作，制造两艘宇宙飞船，将一个6人科学家小组送上火星。这个小组将在火星上逗留两个月，然后返回地球。整个火星旅行大约持续440天，耗资200亿美元。俄罗斯提出，自己可以负担其中30％的费用。俄罗斯负责登陆火星计划的官员称，没有一个国家可以单独完成登陆火星的壮举，这是一个国际合作项目。而且美国和欧洲方面对此提议表示非常感兴趣。但是美国航空航天局的官员则表示，尚未接到俄罗斯的正式建议书，不便评价。由于国会要求美国航空航天局减少预算，美国航空航天局还没有将登陆火星的计划提上日程。而欧洲航空部门官员则表示，他们将同俄罗斯就这一计划展开会谈。去年4月曾有报道称，参加国际火星登陆计划的机构已经达成一致意见，准备在2014年至2015年期间送宇航员上火星。在抵达火星轨道后，3名宇航员将借助着陆舱在火星表面着陆，另外3名宇航员将在火星轨道上待命。参加火星登陆计划的机构分别为俄罗斯航空航天局、“克尔德什”研究中心、“能源”火箭航天公司，美国航空航天局、美国波音公司，欧洲航天局和欧洲“阿斯特利乌姆”航天公司等，费用由俄美欧三方分担。


　　在美国航空航天局描绘的“红色星球600日”中，火星家园的中央是居住地，由两个相连的密封舱组成，上面覆盖火星土壤或采取其他方式防止宇宙射线，利用火星能源制造氧气和水等生存的必要条件。在进行远距舱外活动时，宇航员使用加压飞行器，他们要在这种被称为“移动的家”中呆上数天或数周，到距离居住地方圆几百公里以外的地方探险。近距离时，宇航员就骑着特制的山地自行车。与居住地相连的是一个加压密封舱，作为登上飞行器的过渡舱，使空气流失量降到最低。居住地附近还会建上几个温室，在种植蔬菜瓜果的同时可以通过光合作用将二氧化碳转化为氧气。在距离居住地至少1公里以外的地方建造核电站或是在几百公里外建几个太阳能发电站，通过特殊电缆，为居住地和其他必需部门供电。宇宙飞船起落地距离居住地大约3公里左右。建造火星驻地的工作可能交给机器人来完成，它们负责在宇航员抵达之前完成所有设施的建造工作。


　　按照目前人类掌握的技术，登陆火星的难度远远超过登陆月球，从地球到火星宇宙飞船至少要飞行一年半。如此漫长的太空旅行安全与否就是一个很大的问题。除了辐射和面临陨石的撞击之外，宇航员还要面临生理和心理方面的考验。而且，宇航员的给养都要靠宇宙飞船来供给，如果宇航员必须带齐一年半的食物和用品，那么宇宙飞船必然要变成一个巨大的杂货铺，这是难以想象的。这些问题都有待解决。20多年来，科学家们又进行了多次尝试，向火星发射探测器，并推测火星地表下面蕴藏有大量的冰，这也许是火星上存在生命的佐证。目前，为远征火星，俄罗斯和美国的航天部门正在密封舱里训练宇航员如何在长期的太空飞行中生活和从事科学研究。（《科技日报》沈英甲）