詹昊熹 高嘉鵬 章諭非 田哲毅

肉眼時(shí)代:從“血光之星”到“為天空立法”

很早以前,人類(lèi)就注意到了火星?；蛘呖梢哉f(shuō),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(yáng)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(shí)而順行,時(shí)而逆行,令人迷惑。中國(guó)古人于是稱(chēng)它為“熒惑”,將其視為戰(zhàn)亂與災(zāi)禍的象征。不僅中國(guó)人如此,西方人也一樣,火星的英文名Mars正是來(lái)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(shuō)”向“地心說(shuō)”提出了挑戰(zhàn),這是人類(lèi)認(rèn)識(shí)宇宙的一大進(jìn)步,但是他仍然深信行星的運(yùn)行軌道是一個(gè)完美的圓。然而,德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒在用哥白尼理論編制行星運(yùn)行表時(shí)發(fā)現(xiàn),火星非常不老實(shí),總是要出軌。經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算,他大膽地提出,火星圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓形。開(kāi)普勒把對(duì)火星的觀測(cè)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(yùn)動(dòng)的三大定律,成為“為天空立法的人”。

望遠(yuǎn)鏡時(shí)代:“火星人”的傳說(shuō)

1609年,伽利略制造出了第一架天文望遠(yuǎn)鏡,使人們的視野豁然開(kāi)朗。有了“千里眼”相助,人們對(duì)火星的認(rèn)識(shí)也大大加快了。

1659年,荷蘭天文學(xué)家惠更斯用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)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(lái)稱(chēng)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(jìn)行過(guò)長(zhǎng)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(lái)的太空時(shí)代,答案才得以揭曉。

比起極冠來(lái),另一個(gè)“火星發(fā)現(xiàn)”的影響力則要大得多。

惠更斯開(kāi)創(chuàng)火星地理學(xué)之后,許多科學(xué)家畫(huà)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(tái)臺(tái)長(zhǎng)斯基亞帕雷利,他于1877年繪制的火星地圖在太空時(shí)代來(lái)臨前一直是科學(xué)家研究火星時(shí)用的權(quán)威版本。當(dāng)時(shí)在對(duì)火星地形進(jìn)行命名時(shí),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(lái)表示“線條”,相對(duì)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(kāi)鑿的運(yùn)河)。一時(shí)間,“天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)火星上的運(yùn)河”的消息轟動(dòng)世界。

富翁出身的美國(guó)天文學(xué)家洛威爾通過(guò)自己拍攝的數(shù)千張火星照片,描繪出500多條縱橫交錯(cuò)的“運(yùn)河”,他確信它們由火星智慧生命所開(kāi)掘,還認(rèn)為運(yùn)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(lái)源于此!

盡管隨著對(duì)火星的進(jìn)一步觀測(cè),特別是通過(guò)對(duì)火星的光譜分析和氣候研究,科學(xué)家們?cè)絹?lái)越不相信“火星人”的說(shuō)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(yuǎn)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(yuǎn)了,最近的時(shí)候也有5576萬(wàn)公里(是月地距離的154倍),實(shí)在難以讓我們這些被困在地球上的人對(duì)它看得真真切切、明明白白。

太空時(shí)代:失望與希望

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

從1960年開(kāi)始,蘇聯(lián)接連向火星發(fā)射探測(cè)器,卻連遭失敗。而美國(guó)人于1964年年底發(fā)射的“水手4號(hào)”,成為了人類(lèi)歷史上第一個(gè)飛臨火星的火星探測(cè)器。盡管它只是與火星“擦身而過(guò)”,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(hào)”首次成功地進(jìn)入了火星軌道。而美國(guó)的“海盜一號(hào)”和“海盜二號(hào)”探測(cè)器,更于1976年成功登陸火星——此前,蘇聯(lián)的“火星二號(hào)”在嘗試登陸時(shí)不幸墜毀在火星表面,而“火星三號(hào)”倒是實(shí)現(xiàn)了“著陸”,只是運(yùn)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(yuǎn)道而去的探測(cè)器除了幫人們一睹火星的真容外,也帶來(lái)了一個(gè)縈繞在人們心頭的巨大問(wèn)號(hào):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(yáng)系中已知最高大的山脈“奧林帕斯山”(高度超過(guò)2萬(wàn)米)和比地球上任何峽谷都?jí)延^的“水手谷”,然而所有的發(fā)現(xiàn)都表明,這是一個(gè)寒冷、干燥、荒涼、了無(wú)生機(jī)的星球,沒(méi)有任何生命的痕跡。而那些曾經(jīng)給人無(wú)限遐想的“線條”,要么根本不存在,要么不過(guò)是峽谷邊緣延伸出來(lái)的深色沙子,要么只是一座座環(huán)形山由于距離遙遠(yuǎn)被地球人的眼睛連成了一線而已。這不免令人失望。

進(jìn)入上世紀(jì)90年代后,人類(lèi)探索火星的熱潮又一次被激起,火星探測(cè)器發(fā)射得更為頻繁,其中著名的有美國(guó)的火星探路者、火星環(huán)球勘測(cè)者、勇氣號(hào)、機(jī)遇號(hào)、鳳凰號(hào),歐洲的火星快車(chē)等。好消息一個(gè)個(gè)傳了回來(lái)——

各個(gè)探測(cè)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(hào)”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(jī)遇號(hào)”則發(fā)現(xiàn)了顯然是被水浸泡過(guò)的巖石。科學(xué)家?guī)缀跻呀?jīng)能夠肯定,火星真的曾是一個(gè)“水星”。

不僅如此。“火星快車(chē)”對(duì)火星南極進(jìn)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(hào)”則在火星北極附近挖坑的時(shí)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(jìn)一步對(duì)一份火星土壤樣品進(jìn)行加熱時(shí),水蒸氣釋放了出來(lái)……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(guò))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(hào):中國(guó)人來(lái)了

要不是俄羅斯火箭推遲發(fā)射,中國(guó)的“螢火一號(hào)”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(guó)人也邁開(kāi)了探索火星的步伐。

“螢火一號(hào)”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(gè)曾經(jīng)“洪水滔天”的火星完全不一樣了?！拔灮鹨惶?hào)”將攜帶等離子探測(cè)包、光學(xué)成像儀、磁強(qiáng)器等多個(gè)儀器,對(duì)火星的電離層、磁場(chǎng)以及周?chē)h(huán)境空間等進(jìn)行探測(cè),努力為解答火星表面水消失的奧秘尋找有價(jià)值的線索。

可能對(duì)我們來(lái)說(shuō),更重要的另一個(gè)使命,將是為我們國(guó)家下一步的火星探測(cè)打下基礎(chǔ)。

由于是搭俄羅斯“福布斯”火星探測(cè)器的“順風(fēng)車(chē)”,“螢火一號(hào)”無(wú)法自主選擇軌道,因此在服役期間將7次進(jìn)入火星陰影,最長(zhǎng)一次達(dá)到8.8小時(shí)。這是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),因?yàn)榻邮詹坏疥?yáng)光,部分機(jī)器將不得不暫停進(jìn)入休眠狀態(tài),在離開(kāi)火星陰影之后再進(jìn)行加電、加熱來(lái)喚醒。如果說(shuō)機(jī)器在這期間被凍壞了,就無(wú)法再進(jìn)行喚醒。去年年底,美國(guó)的“鳳凰號(hào)”就在火星的“黑夜”中和地球失去了聯(lián)系。不過(guò),在我國(guó)自己進(jìn)行的測(cè)試中,“螢火一號(hào)”成功地經(jīng)受住了8.8小時(shí)“黑夜”的考驗(yàn)。

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(yùn)載物達(dá)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(jìn)入環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道)。萬(wàn)事開(kāi)頭難,但我們不會(huì)停下自己的腳步。

期待“螢火一號(hào)”早日啟程,祝?！拔灮鹨惶?hào)”一路好運(yùn)!

(注:本文作者為杭州高級(jí)中學(xué)天文社成員)