“那里有—塊巨大的石頭，它是這個土豆形天體上的一個很不同尋常的結(jié)構(gòu)，而這顆‘土豆’每7小時就繞火星飛一圈。人們在了解這些之后一定會問：是誰把這顆‘土豆’放在了那兒?是宇宙把它放在了那兒嗎……”

——美國著名登月宇航員巴茲·阿爾德·阿爾德林

俄羅斯曾于2009年初宣布，最早將在2009年10月向火星的衛(wèi)星(簡稱“火衛(wèi)”)福波斯發(fā)射“福波斷-土壤”飛船，飛船將登陸福波斯，并提取這顆火衛(wèi)的一些表面樣本帶回地球。這引起了國際天文學界的廣泛關(guān)注，天文學家稱“福波斯-土壤”計劃是有史以來“最大膽的無人太空探測計劃之一”?？闪钊诉z憾的是，到2009年9月，俄羅斯又宣布，因需要進一步完善，“福波斯-土壤”飛船的發(fā)射將推遲到2011年。

事實上，在火星探索方面，俄羅斯人一直都不走運。自1960年以來，他們已經(jīng)向火星發(fā)射了20艘飛船(探測器)，但這些飛船要么徹底失敗，要么遭遇嚴重的技術(shù)問題。而這一次的“福波斯-土壤”任務如果能成功完成，足以讓俄羅斯人挽回全部面子。天文學家為什么對福波斯情有獨鐘呢?

設想 移民火星用它作跳板

火衛(wèi)福波斯是于1877年8月18日由天文學家阿薩夫·霍爾在位于華盛頓特區(qū)的美國海軍天文臺首次發(fā)現(xiàn)的。“福波斯”這個名字取自于希臘神話中的恐懼之神福波斯，他是阿瑞斯神(即火星)之子。在火星僅有的兩顆衛(wèi)星中，福波斯是較大的、距離火星較近的一顆?；鹦堑牧硪活w衛(wèi)星是德莫斯(也是由霍爾率先發(fā)現(xiàn)的)。我國稱福波斯為火衛(wèi)一，稱德莫斯為火衛(wèi)二。

福波斯是一顆小天體，在距離其母行星火星核心約9377千米的軌道上運行，與火星之間的距離比其他任何已知衛(wèi)星與母行星之間的距離都近。天文學家之所以對這樣一個小天體感興趣，是因為他們認為通過探測它可以了解太陽系早期歷史的很多信息，例如地球的衛(wèi)星月球和其他行星的衛(wèi)星是怎樣形成的，小行星的碰撞在塑造類地行星(或巖石行星)方面起了什么樣的作用，等等。

與地球的衛(wèi)星月球不同，福波斯是一塊土豆形狀的大巖石，寬約20千米，長約27千米，顏色黑得像煤。在福波斯表面，有一個寬近10千米、名叫史蒂克妮的隕擊坑，它看上去十分搶眼，是一次幾乎將這顆“侏儒衛(wèi)星”撞碎的大碰撞的證據(jù)。福波斯距離火星很近，僅約6000千米，而地球與月球之間的平均距離長達約39萬千米。由于靠近火星，福波斯每7小時39分鐘就環(huán)繞火星一圈，這使得福波斯上的一個月還不到一個火星日的1／3。而過于靠近火星，受潮汐力(火星引力)影響，福波斯的軌道不斷減小，越來越靠近火星。估計再過幾千萬年就會撞向火星。因此可以說，在經(jīng)歷45億年的演化后，現(xiàn)在的福波斯已經(jīng)大限將至。

也正因為距離火星很近，且其一面總是朝向火星，所以福波斯是觀測火星的一個好地方，也因此可能成為載人探索火星的前哨站。更重要的是，如果人類在福波斯上面建立前哨站，可以很好地避開太空輻射一既能得到火星的庇護，又能得到福波斯本身的保護。控制人員甚至可以在福波斯的表面遙控火星表面的機器人，從而消除原本不得不忍受的10到20分鐘的訊號遲延——火星巡游車把訊號發(fā)回地球需要10到20分鐘。此外，福波斯還可以成為載人火星之旅的一個天然的集結(jié)待命區(qū)。

當然，在我們制定福波斯人類前哨站藍圖之前，必須深入了解這顆火衛(wèi)的情況，但科學家眼下連福波斯的構(gòu)成也不十分清楚。他們推測，福波斯同一組被稱為“碳粒損星”的小行星相似，都是太陽系形成時期余下的殘塊，在這些原始的天體中包含著構(gòu)筑生命大廈的磚頭——氨基酸，并且至今保持著原貌。科學家還推測，碳粒隕星雨降落到地球上，很可能為早期地球播下了生命的種子?？茖W家還根據(jù)福波斯和德莫斯特有的構(gòu)成推測，它們可能原本就是被火星引力所俘獲的小行星。不過，這一推測遠非定論。

對天文學家來說，福波斯是一個有趣的天體，他們期待“福波斯一土壤”屆時能把福波斯的土壤樣本帶回地球，這樣他們就可以詳盡分析其成分和年齡，進一步了解福波斯的歷史，從而更深入地揭示太陽系形成時期的情況。

奇特 去遠比到近處更容易

按理說，人們更關(guān)注的應該是火星這顆紅色行星本身，而不是火星的衛(wèi)星。那俄羅斯人的“福波斯一土壤”的探測目標為什么不是火星，而是福波斯呢?對這個問題的回答你可能難以相信——從地球發(fā)射一艘無人飛船往返福波斯，比從地球往返月球還容易。這是怎么一回事?

通常人們根據(jù)直覺認為，太空飛行所需的能量一定跟太空飛行的距離有關(guān)。但實際上，與人們的直覺相反，根據(jù)軌道機理法則，在太陽系中的兩點之間旅行所需的能量，與這兩點之間的距離幾乎沒有關(guān)系，而與一個叫做“德爾塔-v”的參量有很大的關(guān)系。所謂“德爾塔-v”，是指飛船用以從一個軌道轉(zhuǎn)到另一個軌道所需要的速度改變值。“德爾塔-v”的大小取決于下列因素：飛船出發(fā)點與到達點的引力場強度；飛船在遠離或接近太陽時所需的能量；飛船能從大氣制動(在一顆行星的大氣層中飛過以幫助減速)中獲得多少幫助。

實際上，從地球上發(fā)射一艘無人飛船到福波斯比到月球還容易——一艘無人飛船從地球往返福波斯，所需的總“德爾塔-v”簡直低得驚人，只相當于地球和月球的往返之旅所需的約80％。這一方面是因為福波斯的引力微弱，你甚至只需一次投擲就足以將一只壘球從福波斯表面發(fā)射到太空(當然，發(fā)射載人飛船到福波斯則復雜得多，因為前往月球只需3天時間，而前往福波斯需要6個月，機組人員所需的食物和空氣自然要比前去月球多得多)。另一方面，要讓飛船直接到達火星表面，然后重新回到軌道，所需的“德爾塔-v”也比前往福波斯大得多。這就是說，在福波斯表面建立并維持一個人類前哨站比在火星表面要容易得多，成本也會低得多。

假如該任務取得成功，“福波斯一土壤”將成為在地球與福波斯之間的太空高速路上往返的第一艘地球飛船。屆時，這艘一噸重的飛船將首先進入環(huán)繞火星的軌道，開始遠距離地探測福波斯。待科學家選定登陸地點后，飛船就會登陸福波斯。之后，飛船將伸展一只機械臂，開始搜集福波斯表面的土壤和巖石樣本，并最終將樣本帶回地球。飛船的主體將作為小型返回艙的發(fā)射座，永遠地留在福波斯表面。當106千克重的返回艙到達地球后，它將拋下一個足球大小的微型艙，其內(nèi)含一個僅拇指大小的樣本罐，罐里裝著寶貴的福波斯土壤樣本。這個樣本罐最終將在哈薩克斯坦境內(nèi)一個邊遠地區(qū)硬著陸。

重要 了解太陽系早期歷史

行星學家希望通過分析福波斯的土壤樣本來揭示這顆火衛(wèi)內(nèi)部深處的性質(zhì)，這是因為在漫長歲月里福波斯的內(nèi)部和表面之間一直在進行物質(zhì)交換。福波斯的密度很低，僅相當于一般玄武巖的約2／3，這意味著福波斯可能與太陽系小行星帶外圍那些富含水分的天體相似，福波斯也可能就是一個巖石堆，巖石塊之間有很多縫隙。如果要把福波斯作為載人登陸火星的前沿陣地，首先必須弄清楚的問題有：福波斯是否含有水，如果有的話有多少水，水以何種形式存在、存在于何處，等等。找到這些問題的答案，無疑將有助于確定以何種方式載人前往火星。

福波斯的外表也有諸多奧秘待解。除了巨大的史蒂克妮隕擊坑之外，其表面還有一系列長長的隕擊坑，這是火衛(wèi)二德莫斯所不具備的特征，而且迄今為止由太空探測器拍攝過的6顆常規(guī)小行星也都不具備這些特征。有一種理論認為，福波斯的這些隕擊坑是古老的蒸氣噴口，是遠古一次災難性碰撞的遺產(chǎn)，這次碰撞碰裂了福波斯的地殼，加熱了福波斯的內(nèi)部，使蒸氣噴涌而出。假如這種假說成立，對未來的載入火星之旅來說當然是好消息，因為噴氣口標志著含水礦物質(zhì)層所在的位置，或許下面深埋著大量的水冰。第二種猜測則沒那么誘人了——這些隕擊坑是火星潮汐力或天體撞擊導致的裂縫，正是潮汐力和撞擊導致了福波斯整個變形。

第三種理論認為，福波斯表面的隕擊坑鏈與火星古代遭遇的多次碰撞有關(guān)?；鹦窃谶^去遭遇的一些隕星撞擊力度非常之大，以至于被撞出的火星地殼碎塊以大大高于逃逸速度(指能掙脫火星引力的最低速度)的速度飛向太空。科學家在地球上發(fā)現(xiàn)了一些明顯是起源于(即來自于)火星的隕石，它們顯然是在太陽系中飄飛了一陣子之后才登陸地球的。既然火星碎片能夠到達地球，那么其中很多碎片應該在逃離火星途中撞上了福波斯，這樣一來自然會在福波斯表面形成隕擊坑鏈及其他的隕擊坑地貌。一些天文學家通過電腦模擬發(fā)現(xiàn)，福波斯表面可能多達10％都是由來自火星的材料構(gòu)成的。

如此看來，俄羅斯的“福波斯一土壤”計劃無論何時實施，其創(chuàng)意本身就非常高明。盡管福波斯看似渺小且貌不驚人，但它卻有可能是太陽系中最耐人尋味的地方之一?？紤]到它的易到達性。它確實是未來太空探索(無論是載人的還是不載人的)的一個天然前哨站。如果在從地球前往火星旅程中有一個重要的跳板之地，就非福波斯這塊奇怪、有趣的太空大巖石莫屬了。

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福波斯全介紹

物理性質(zhì) 福波斯(火衛(wèi)一)是太陽系天體中反光性最差的一個。在分光鏡中觀察，它的成分很像是碳粒隕星材料。福波斯的密度太低，所以它不可能是堅固的巖石，加之已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它多孔，所以有科學家推測福波斯可能含有大量水冰。雖然光譜觀察表明福波斯表層土壤無水，但其表層土壤之下存在冰的可能性不能排除。

科學家一直相信福波斯和德莫斯(火衛(wèi)二)都在產(chǎn)生微弱的塵埃暈，但迄今為止的觀測都未發(fā)現(xiàn)這樣的塵埃暈。美國“火星全球勘測者”飛船最近拍攝到的福波斯照片顯示，其表面被細小顆粒的土壤層覆蓋，厚度至少達100米?？茖W家相信，這個土壤層是由其他天體對福波斯的碰撞形成的，但迄今仍未知的是，為什么這些塵土會附著在幾乎沒有引力的福波斯表面。

福波斯的形狀高度偏離圓球形，其三維是27千米×22千米×18千米。僅僅是因為這個形狀，福波斯表面的引力差異就達到約210％；火星的潮汐力則將這個差異加倍，達到約450％。

表面特征 福波斯表面幾乎布滿隕擊坑，其最顯眼的表面地貌就是史蒂克妮隕擊坑，這個名字取自發(fā)現(xiàn)者阿薩夫·霍爾的妻子安吉麗娜·史蒂克妮。科學家相信，造就史蒂克妮隕擊坑的那次碰撞當時幾乎撞碎了福波斯。福波斯表面還有許多溝槽和條紋地貌，其中溝槽的典型深度不到30米，寬100到200米，最長達20千米?？茖W家現(xiàn)在相信，火星表面遭遇天體撞擊后噴射出的殘塊擊中福波斯，由此形成福波斯表面的溝槽。這些溝槽一共組成至少12個年齡組，可能代表著至少12次火星遭碰撞事件。

軌道特征 正因為福波斯距離其母行星火星太近，所以產(chǎn)生了一些奇異的效應。從福波斯表面看去，火星比從地球上看到的滿月大6400倍，亮2500倍，占據(jù)福波斯1／4的天空。

福波斯在同步軌道半徑的下方環(huán)繞火星運行，也就是說它圍繞火星運行的速度比火星的自轉(zhuǎn)速度還快，因此從火星上看去，它從西邊升起，在4小時15分鐘內(nèi)快速掠過天空，然后在東邊落下，這樣的情景每個火星日(每11小時6分鐘)大約出現(xiàn)兩次。因為福波斯距離火星太近，處在近赤道軌道中，所以在火星地平線上緯度大于70.4度的地方是看不到它的。

凌日情況 如果你站在火星表面，就可以觀察到福波斯經(jīng)過太陽(凌日)的情況。但福波斯個頭太小，不足以覆蓋太陽，也就不能造成日全食。美國宇航局的“勇氣號”火星巡游車及多艘飛船都曾多次拍攝到福波斯凌日場景。在凌日過程中，福波斯的影子投射在火星表面。

未來命運 由于福波斯的軌道周期比一個火星日短，潮汐減速效應正在以每個世紀約20米的速度使福波斯的軌道半徑變小。估計再過1100萬年，福波斯就會撞向火星表面，但更可能的情況是，它將分裂成一條行星環(huán)。

來源之謎 對于火衛(wèi)的來源，至今仍無定論。福波斯和德莫斯都和C類碳粒隕星有很多相似之處，尤其是光譜、反射率和密度都跟C類或D類小行星很相似。有天文學家據(jù)此提出了一種假設：這兩顆火衛(wèi)都是從主要小行星帶(位于火星和木星之間)被俘獲進火星軌道的小行星。但是，這兩顆火衛(wèi)都有著幾乎正好位于火星赤道平面的非常圓的軌道，而小行星軌道則嚴重偏離正圓形，因此這兩顆火衛(wèi)如果真的原本是小行星的話，就必須有一種機制來把它們的軌道調(diào)整成正圓形，并且把它們原本嚴重偏離火星赤道平面的軌道面調(diào)整到火星赤道平面上來。這種機制最可能的就是火星大氣的拖拉力和潮汐力。此外，俘獲小行星需要散發(fā)能量，而目前的火星大氣是如此稀薄，根本無法俘獲像福波斯這樣的天體。至于火星是否曾經(jīng)有過稠密的大氣，則至今仍無定論。

關(guān)于福波斯和德莫斯的由來，一種假設是，這兩顆火衛(wèi)原本是被俘獲的一對小行星雙星，它們在潮汐力作用下分開。另一種有代表性的假設是，這兩顆火衛(wèi)都是在現(xiàn)在的位置上逐漸吸積而成的。第三種假設是，火星曾經(jīng)被許多像福波斯和德莫斯這般大小的天體包圍，這些天體是由一顆較大的小行星體與火星碰撞后噴射進環(huán)繞火星的軌道中的。總而言之，對于福波斯和德莫斯的來源天文學家迄今仍缺乏共識。

探索歷程 多艘飛船都曾拍攝過福波斯的近距離特寫照片，包括美國的“水手9號”、“海盜1號”、“火星全球勘測者”和歐洲空間局的“火星快車”。當然，這些飛船的主要任務是為火星拍照。迄今為止只專注于福波斯的探測器是蘇聯(lián)發(fā)射的“福波斯1號”和“福波斯2號”，其中“福波斯1號”在前往途中丟失，“福波斯2號”到達并發(fā)回不同尋常的數(shù)據(jù)和圖像，但在準備對福波斯作詳細探索之前失去聯(lián)系。

俄羅斯的“福波斯-土壤”飛船發(fā)射推遲之后，計劃在2011年10月(下一個最佳發(fā)射窗口)升空，其返回艙將搭載美國行星學會的生命科學試驗設備，而更引人注目的是“福波斯一土壤”將搭載中國第一艘火星探測器“螢火一號”，它將在火星軌道中被釋放。此外，中國還將為“福波斯一土壤”的登陸器提供土壤研磨及過濾系統(tǒng)。值得關(guān)注的還有，英國也在計劃實施福波斯土壤取樣并送回地球的任務。

2007年，加拿大太空署資助了一個縮寫為PRIME的不載人登陸福波斯項目，其全稱是“福波斯勘測及國際火星探索”，該計劃中的登陸地點是福波斯巨石，這是史蒂克妮隕擊坑附近的一個明亮的地貌，它在福波斯表面投下清晰的陰影。PRIME任務將由一部軌道器和一部登陸器組成，它們各自攜帶4部科學儀器，用以研究福波斯地質(zhì)的方方面面。不過，PRIHE計劃的實施日期至今尚未確定。

2009年7月22日，美國著名宇航員，也是首批登月宇航員之一的巴茲·阿爾德林在談到福波斯巨石時這樣說：“我們應該大膽前往那些人類從未涉足過的地方，比如飛越彗星、造訪小行星、探訪火星的衛(wèi)星。那里(指福波斯)有一塊巨大的石頭，它是這個土豆形天體上的一個很不同尋常的結(jié)構(gòu)，而這顆‘土豆’每7小時就繞火星飛一圈。人們在了解這些之后一定會問：是誰把這顆土豆放在了那兒?是宇宙把它放在了那兒嗎……”

福波斯已被科學家建議為載人火星之旅的前期目標，這是因為登陸福波斯遠遠沒有登陸火星那么困難和昂貴。假如直接登陸火星，就必須具備進入火星大氣以及隨后從原地返回軌道的能力，而這些都不能借助支持設施來實現(xiàn)。令人遺憾的是，這樣的能力在載人飛行器上面還從未嘗試過。當然，假如能在火星表面就地制造支持設施，也就是殖民火星，問題便迎刃而解，但這方面的技術(shù)難題實際上更多。而只在福波斯登陸的話，只需對登陸月球和登陸小行星的設備加以改進就夠了。那么，我們何樂而不為呢?這，或許才是福波斯這顆“土豆”的最大魅力之所在。

“螢火一號”令人關(guān)注

中國首個火星探測器“螢火一號”于2009年6月完成研制，其體重110千克，體積不足1立方米?！拔灮鹨惶枴鄙瞎矓y帶4部儀器，包括兩臺攝像機、兩臺磁強計及離子探測包、光學成像儀等。“螢火一號”將努力在火星上尋找水源，甚至是尋找生命的跡象。

“螢火一號”屬于中俄聯(lián)合火星探測計劃的一部分，其主要探測任務有三：探測火星的空間環(huán)境，探測研究火星表面水的消失機制，揭示類地行星的空間環(huán)境演化特征。作為中國第一部火星探測器，“螢火一號”在技術(shù)上面臨的最大難題是它將遭遇7次“長火影”(長期火星陰影)，火星將運行至探測器和太陽之間，每次有8個多小時“不見天日”，如何保證在這段時間里儀器設備不被“凍死”是最為關(guān)鍵的問題。不過，目前這些問題都已全部解決。