火星探测技术的发展

火星是位于地球轨道外侧最近的一颗行星,通过探索火星,人类希望建立第二家园和寻找地球以外的生命.对火星的研究包括磁场、大气和气候、空间环境、地貌和水消失的痕迹等内容.当前火星探测的重点是寻找火星水源和生命迹象,并准备火星样品的回收工作.     

火星全大气模式与沙尘活动模拟研究:回顾与展望

基于火星全大气模式的数值模拟研究有助于深入理解火星陆面-大气-空间环境多圈层相互耦合过程,是当今国际研究热点.模式对整个火星大气区域气象要素的描述亦可作为保障火星探测活动顺利开展的重要参考依据.沙尘活动显著影响着火星气候与天气变化,也对火星表面探测器可造成巨大安全威胁.对沙尘活动及其影响完善的模拟是目前全大气模式开发与研究工作中的重点之一.本文回顾了火星全大气模式的发展历程,概述了其构建方法,总结了相关科研成果,多角度论述了自主发展火星全大气模式的重要科研与工程价值,建议以火星沙尘活动为重点研究方向,牵引我国火星全大气模式的自主研发.模式的开发与应用涉及行星科学、空间科学、大气科学、计算机科学多领域协同合作.其开发过程势必带动我国行星科学全面发展,为相关研究领域积累经验、储备人才.     

国际火星探测科学目标演变与未来展望

火星探测是当前太阳系探测和行星科学的焦点.经过近60年的发展,火星成为除地球外,探测和研究程度最高的太阳系行星体,派生出火星空间环境、火星大气、火星表层/次表层物质组成、形貌构造、撞击历史、冰川和冰冻层、气候变化、火星内部结构等多个研究领域.火星陨石研究和实验室模拟研究(实验模拟、数值模拟等)也得以快速发展.火星的重大科学发现包含早期和现代的水活动证据、地质环境多样性、现代地质过程监测、甲烷和有机物的发现、大气组成和演化、当前和近期气候变化、重力场和表面辐射环境等.重大科学成果的取得得益于科学目标规划的指引,也影响着未来科学目标的制订.通过梳理美国火星探测项目分析组(Mars Exploration Program Analysis Group, MEPAG)近20年火星探测科学目标(生命、气候、地质、载人)的演变,展现出国际火星探测思路及未来探测重点.未来10年的火星探测将进一步认知火星内部结构、开启火星生命探测的新阶段和开展火星和火星卫星样品返回.中国开展的火星探测任务也将为国际火星科学发展做出贡献.当前火星仍有诸多重大科学问题未有解答,这些问题与太阳系的重大科学问题紧密融合,突显...     

我国未来在轨监测火星沙尘暴的设想和方案

<正>火星是地球的近邻,它的自转周期(约为24.6 h)及自转倾角(约为25°)都与地球的接近.火星公转周期为687 d,有稀薄的大气(主要成分为CO2),有四季交替的气候变化,表面温度(夏天)最高时可达20°C.火星两极被冰(干冰和水冰的混合物)所覆盖,并有着消融和冰冻的季节周期变化.火星表面布满河道、峡谷、沟壑、冲积平原等地貌特征.在太阳系行星系统中,火星的气候环境最为接近地球.研究表明,至少在30多亿年前,火星可能是一颗具有全球磁场、丰富液态水、     

生命是否只存在于地球?

虽然长期的努力尚未发现地球之外存在生命,但越来越多的证据表明,地球不可能是宇宙中唯一孕育生命的星球.在太阳系中,火星仍是发现地外生命最有希望的天体.火星探测和火星陨石研究都证明,它在早期历史上有过一个湿润的环境,其表面曾经有过河流、湖泊、甚至海洋,完全可以孕育和支撑生命活动.直至现在,火星的次表层等局部区域仍有地下水的活动.木卫二和其他外行星的卫星很可能存在冰下海洋,也是未来探测地外生命的重要目标.开普勒太空望远镜发现了大量的系外行星,其中一部分落在宜居带,并具有岩石表面,验证了宜居行星在宇宙中存在的普遍性.原始的球粒陨石、碳质小行星、彗星、星际尘埃等存在有大量复杂的有机分子,为构建生命体提供了关键的物质基础,是联系无机-有机-生命演化链条的重要环节.生命起源与地外生命的存在与否,不仅是最基本的自然科学问题,也是深空探测的重大科学目标.     

新一代火星大气模式GoPlanet-Mars V1的研制

火星探测是当前国家高科技竞争力的标志,世界航天强国均研制火星大气模式,为登陆探测提供气象环境保障.本文描述了我国新一代火星大气模式(global open planetary atmospheric model for Mars,缩写GoPlanet-Mars,简称GoMars)的研制,其中的动力框架完全自主研发,具有二阶精度、能保证质量守恒. GoMars引进并耦合了美国宇航局艾姆斯研究中心的火星物理过程,具备模拟沙尘、水和CO₂的能力.基于我国“祝融号”、美国“维京1号、2号”的实测数据以及国际火星大气全球数据集评估了GoMars,结果表明:GoMars能成功再现3个探测器记录的火星大气独特的地表气压“两峰两谷”特征;在全球地表温度、纬向急流、极区CO₂冰和沙尘方面, GoMars也具备良好的模拟性能,可为我国火星探测计划实施提供新的气象环境保障手段.     

火星40亿年前就有富氧大气

<正>科学家最近调查了在地球上发现的火星陨石的化学组成,并把它与美国宇航局"勇气号"火星车检测的火星古谢夫陨击坑里的火星表面岩石成分进行了比较。结果发现,火星表面岩石中的镍含量比火星陨石中的这一含量高5倍。这一发现不仅令人迷惑,而且对火星陨石是否为火星产生的典型火山岩石提出了质疑。科学家认为,无论是火星陨石还是火星表面的火山岩石,都起源于火星内部深层,但火星表面岩石来自于一个含氧更丰富的环境,这样的环境很可能是由富含氧的材料再循环进入火星内部的过程所产生的。这一结果令人惊奇,原因是火星陨石只有大约1.8亿年~14亿年的历史,"勇     

三大难题

改造火星的第一个步骤是实施"埃柯波伊西斯"计划.该计划的定义是:在一个不毛之地的行星上,建造一个无所不包的厌氧微生物生物圈.该计划要实现对火星环境的五个方面的调控:增加火星大气数量;使火星全球平均温度升高60℃;提供可用的液态水;提供足够植物根部呼吸的氧气;在大气成分中增加氧和氮的比例.     

月球磁场是怎样产生的

随着宇航科技的不断发展,人类不仅对地球磁场有了更深刻的认识,而且还发现太阳及太阳系九大行星中的水星、火星、木星、土星、天王星、海王星都存在着不同强度的磁场. 星球磁场为什么如此广泛地存在?是怎样产生的?以往的观点认为,星球磁场是由于其内部熔融铁核中流体对流引起的电流所产生.假如是这样,与地球相毗邻的,体积、质量等都和地球相似的金星,也应同样具有磁场.事实上,金星是没有磁场的.     

火星沙尘暴监测方法

沙尘暴是火星表面-大气-空间构成的圈层耦合系统中一种重要的天气现象.火星沙尘暴具有显著的季节性,但对不同时空尺度和等级的沙尘暴的发生规律至今仍认识不清.沙尘暴会对火星表面探测器带来诸多影响,如降低太阳能电池板发电量、降低环境温度、扰动大气密度和风场、阻碍通信、污染仪器等,是火星表面探测任务面临的最大安全威胁之一.本文系统性地回顾了人类历史上对火星沙尘暴的监测方法及其数据反演方法,以期为我国构建完善的火星沙尘暴监测体系提供基本的方法支撑.为了更好地保障和服务我国未来火星采样返回任务和后续火星探测任务,我国应考虑尽早建立完善的火星沙尘暴监测体系,这一体系应包含的探测方法包括着陆器可见光相机监测、环绕器可见-红外多光谱相机监测和地基光学望远镜监测.通过这些不同平台、不同时空尺度的监测手段相互配合,既能有效保障我国的火星探测任务安全实施,也将极大促进我国的火星系统科学研究.     

火星生物

火星上现在有没有生物或者曾经有没有生物?早在近100年前,科学家就已知道在火星的两极存在水冰。后来,火星探测器又在火星的稀薄大气层里发现了水蒸气。还有大量证据表明,在大约38亿年前的早期火星上还存在丰富的液态水,而且当时的火星大气也比现在稠密得多。     

生命可能来自太空

美国研究人员发现,一块火星陨石在坠落到地球的过程中内部保持着能够维持生命的温度。这一发现支持了地球上生命有可能来源于太空的说法。令研究人员感到兴奋的是,该陨石虽然在进入地球大气的时候像个火球,但其内部并没有产生可以破坏细菌、种子或真菌的高温。领导这项研究的加州理工学院研究生本加明·韦斯及其同事在最新一期《科学》杂志上说,火星岩石可以在一年内从火星落到地球,而有些     

天文学

最新一轮火星探测结果表明,过去火星上曾经存在大量的水,甚至可能有海洋。但是,现在的火星看上去非常干燥、荒凉。人们自然要问:这么多的水,后来都到哪里去了呢? 科学家回答:一部分火星水从火星大气的上层蒸发,和其他物质一道逃逸进入了太空,直到今天,火星的稀薄大气中仍然有水存在;还有一部分火星水,现在可能以固态     

科技前沿

<正>火星大气探测器成功入轨美国"火星大气与挥发演化"探测器经过10个月的漫长航行,成功进入绕火星运行的轨道。该探测器项目的花费超过6.7亿美元,旨在调查火星的上层大气,帮助了解火星大气层的气体逃逸对火星气候与环境演变所产生的影响,这也是美国发射的首个专门执行这一使命的探测器。     

探索火星环境和生命

 火星最有可能孕育出地外生命,是人类未来实现太空移民的首选星球。水是生命不可或缺的要素之一,是寻找火星生 命的关键线索;同时,水又是影响岩浆活动和构造运动的主要因素,是联系火星内部活动与表生环境演化的纽带。大量的火 星探测结果揭示了火星古环境的演化历史,从约35亿年前曾存在河流湖泊演变为现代寒冷干燥的地表。火星陨石是目前唯 一获得的火星岩石样品,既携带了火星岩浆活动的信息,又通过与水相互作用,记录了火星的环境演化。其中,中国的南极 火星陨石提供了1.9亿年前火星存在地下水活动的证据,而另一个新降落的火星陨石保存了可能与生命活动相关的有机质。     

火星磁层中内禀磁场对O+离子分布的影响

目前对火星磁层的观测仅是在某些特定情况下和特殊位置的观测,并无系统的数据;在理论研究方面,仅对火星磁层顶位形进行过一些探讨.火星磁层的结构、磁矩的大小(即内禀磁场)及其在火星磁层中的动力学作用问题,仍然是有争论的,有待于进一步系统地观测分析和理论研究来确定.观测结果还表明,氧离子是火星磁尾重要的离子成分,其通量密度典型值为 2.5 ×10~7cm~(-2)·s~(-1).     

怎样加热火星大气

20世纪,天文学家借助先进的望远镜和光谱仪了解到,目前的火星实际上是一个干燥、寒冷的尘埃行星,比地球南极还寒冷,比撒哈拉沙漠还干燥.稀薄的火星大气中有97%是令人窒息的二氧化碳,气压是地球表面气压的1%以下,表面温差很大,平均为零下55℃.显然,这样的自然环境是不适合人类居住的.因此,"火星地球化"的重头戏是--"给火星大气加热".     

火星陨石中发现生命新证据

当你仰望星空,是否想过在浩瀚的宇宙中,或许还有其他星球也存在生物?人类未来有一天如果需要离开地球,是否有其他宜居的行星?数百年来,人类从未停止过对地外生命的探索,甚至已经找到了1100多个类似太阳系的行星系统.但是,最有可能、方案最可行的,应该是在火星上首先发现地外生命. 宇宙大进军,火星大探测 火星上有生命吗?如果表面上找不到生命的痕迹,那火星的深处呢?如果现在没有,那过去呢?生命的孕育和进化,需要一定的条件,火星拥有怎样的气候条件? 以美国国家航空航天局(简称NASA)为主导的火星探测,发射了一系列的轨道探测器和火星车,其最重要的目标就是去了解火星过去的气候和环境,这也是探索火星生命的第一步.     

火星之谜

火星上有生命吗?从20世纪60年代以来,美国和前苏联都相继对火星进行过考察.美国"海盗1号"探测器在火星上的考察证明,火星像月球一样,表面存在大大小小的环形山,而火星的大气里含有形成生命的基本元素:碳、氢、氧、氮和水蒸气.可惜的是,在科学家们认为火星上最可能有生命迹象的两个地区,"海盗1号"未能着陆.接触火星越久,与火星生命有关的谜团就越多,而火星生命的神秘面纱正逐步被科学家们揭起.     

想找火星生命需深挖

根据一项由美国和法国天文学家联合进行的新研究，在火星历史的早期。最有可能拥有微生物的地点是火星表面之下由热液活动造就的温暖潮湿环境。