在火星模擬基地 來一場探測器的拉練

近日，美國國家航空航天局(NASA)宣布，“洞察”號火星登陸器首次探測到源自火星內部的微弱震動信號，其很可能源于火星地震。該消息一出，即引發全球圍觀。

而此前不久，大約100名少年在荒無人煙的大漠中完成了長達5小時的“太空之旅”，這一次別開生面的旅行實際上發生在中國甘肅的一個火星模擬基地。

火星探測、火星模擬，有關這顆猩紅色星球的消息一次又一次撩撥地球人的神經。太陽坐擁八大行星，為何火星最讓人魂牽夢縈？

與地球最為相似的行星

火星，與羅馬神話中的戰神瑪爾斯(Mars)同名，是太陽系中體積僅次于水星的行星。由于火星表面存在氧化鐵，它的外觀呈現出火烈鳥一般的紅色。

從位置上看，火星與太陽的距離約為1.52個天文單位(1天文單位約為1.5億公里)。由于離太陽較遠，其表面接收的太陽光比較弱，是地球表面的43%。

“火星表面積約等于地球大陸的面積，其半徑約為地球半徑的一半，質量約為地球質量的十分之一。從整體密度上看，地球的整體密度為5.5克/米3，火星的整體密度為3.9克/米3。”中國地質大學(武漢)行星科學研究所副教授肖智勇接受科技日報記者采訪時說。

盡管存在諸多差異，蔚藍色的地球和猩紅色的火星依然被視作最相似的行星。

首先，這兩顆行星都有一個金屬構成的內核。火星的核心部分主要由鐵和鎳組成，核心周圍是硅酸鹽地幔。除硅和氧外，火星地殼中最豐富的元素是鐵、鎂、鋁、鈣和鉀等。

其次，火星的季節變換也與地球最為近似。“二者的自轉周期及旋轉軸相對于黃道面的傾斜非常接近。”肖智勇說，火星公轉的周期大約是地球的兩倍，一個火星日和一個地球日時長差不多。但是一個火星年大約是兩個地球年，火星的季節長度大約為地球的兩倍。

和地球一樣，火星也有火山活動。火星上的奧林帕斯山是太陽系內最大的火山，直徑達到600多公里，高25公里。與其他行星相比，火星表面存在眾多隕石坑，讓人聯想到月球的撞擊坑以及地球上的山谷、沙漠和極地冰蓋。根據這些隕石坑，可以判斷火星表面各區域形成的時間。“火星表面有很多30億年前的撞擊坑，遍地都是。而目前，地球上發現的最古老的隕石坑是22億年前的。”肖智勇說。

全球性沙塵暴不算罕見

當然，更讓人類驚喜的是火星上曾有大量液態水。火星表面有一條長約4000公里、最深處達7公里的水手峽谷，是太陽系內最深的峽谷。肖智勇告訴科技日報記者，有證據表明，火星在諾亞紀時期(約41.8億年前—36億年前)有很強的流水作用，在火星表面可以看到湖泊、洪流和辮狀河流的痕跡。也就是說，如果當時在火星上種土豆，至少不用擔心水源問題。

然而火星的模樣早已不復當年。南京大學地球科學與工程學院教授惠鶴九接受科技日報記者采訪時說，隨著火星磁場的消失，導致太陽風吹跑了火星的一些大氣，部分水也跟著“丟了”。火星現在十分干燥，容易出現沙塵暴。“火星上的沙塵暴能以160公里/小時的速度移動，而且易演化成全球性沙塵暴事件。”

2018年，“機遇”號就是因為在火星上遭遇了全球性沙塵暴，導致太陽能板被遮擋住，進入低電量休眠狀態，至今仍未蘇醒。2019年2月13日，由于無法跟探測器取得聯系，NASA正式宣布服役15年的“機遇”號結束使命。

為什么火星上容易發生沙塵暴呢？惠鶴九表示，火星地面有很多沙塵，這是形成沙塵暴的物質基礎。“火星上的沙塵是由巖石風化而來的。”肖智勇說。

另外，火星大氣活動較活躍。“這是沙塵暴形成的動力基礎，也是沙塵暴能夠長距離輸送的動力保證。”肖智勇解釋道，火星大氣變稀薄，因而表面容易升溫也容易散溫。火星表面最低溫度可低至零下100℃以下，最高溫則可達30℃以上。這種巨大的溫差，造成了空氣的不穩定。

移居火星仍存眾多難題

太陽系坐擁八大行星，人類為何對火星更癡迷？

“人類總希望給自己找一個伙伴吧，尋找地外生命是重要原因。”惠鶴九告訴科技日報記者，火星早期氣候較宜居，所以科學家們推斷火星可能存在生命。

在火星的諾亞紀時期，有大范圍的水體改造活動，表明火星當時可能溫暖濕潤，具備孕育生命的基本條件。從人類探測火星的階段性目標也可以看出這一點。“最先我們探測火星是為了找水，后來是考察它的宜居性，包括溫度、氣候等。”惠鶴九說，無論水還是宜居性，都與生命有關。

移居火星是人類的遠大夢想，也注定了荊棘叢生。第一個挑戰就是如何把人安全送往火星并安全返回。“目前，人類發射火星探測器只有50%的成功率，現階段沒有哪個國家有把握將人安全送上火星并返回。”惠鶴九直言。此外，從地球到火星需要花150—300天，這是一段相當漫長、黑暗的孤獨之旅。

到達火星后如何生存，也是一道難以邁過的坎。“怎么適應火星的氣溫？你在火星上是蹦還是跳？如何轉化能量實現自給自足？火星上只有微弱的剩磁，太陽粒子毫無忌憚地打到火星表面，人怎么防護？和地球之間的通訊有延遲怎么辦？火星基地的內部是1個標準大氣壓，外部卻是0.1個大氣壓，對基礎設施的穩定和可靠性要求極高。”肖智勇說，我們能想到的任何一點在火星上都是困難。

模擬火星環境尋找答案

為了提前對付這些難題，科學家想出了各種模擬火星環境的方法。

直接選擇地球上的某個區域模擬火星環境是其中之一。比如在南極、北極圈、冰島，或在美國的莫哈維沙漠、南美洲的阿塔卡瑪沙漠模擬火星等。肖智勇告訴記者，中國的柴達木盆地也很適合火星模擬。“柴達木盆地緯度高、溫差大、紫外線強，到處都是鹽湖，大氣稀薄、表面干燥，且土壤偏堿性，環境與火星十分相似。”

還有一種是在實驗室中進行火星模擬，比如位于美國加州帕薩迪納的噴氣推進實驗室(JPL)和位于英國赫特福德郡的火星任務模擬場。這種模擬通常有較明確的科學目的。肖智勇介紹，如果要模擬火星上的沙丘移動，就需要在地球上建一個風洞實驗室。在風洞中要盡量呈現火星表面的環境，如晝夜溫差、大氣含量和成分、物質組成、風速等。還有人模擬火星上的物質反應，這就需要假設發生反應的物質成分，反應時的溫度以及反應時間長短等。

專家表示，模擬火星環境有多方面的意義。從工程上講，我們能在模擬火星環境中測試探測器樣機的性能，如車輪、爬坡能力等。還可以測試科學載荷的性能，以及宇航員在極端環境中的身體和心理變化等。“國際空間站的航天員一般只在太空待半年左右，往返火星所需的時間比這長多了，對航天員的心理和生理都是非常大的考驗，身體也會因為長時間的深空輻射受影響。”惠鶴九說。

研究火星表面的地質演化也是如此。“目前我們只能看到物質演化后的結果，由于這種演化和當時的環境是一種耦合關系。要揭示它就需要在實驗中模擬。”肖智勇說。

[責任編輯：楊凡、徐紅梅]

想爆料？請登錄《陽光連線》（ https://minsheng.iqilu.com/）、撥打新聞熱線0531-66661234或96678，或登錄齊魯網官方微博（@齊魯網）提供新聞線索。齊魯網廣告熱線0531-81695052，誠邀合作伙伴。