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欧阳自远:人类总要离开摇篮

时间:2014-07-18 07:24:02  来源:  作者:

 摘要:中国月球探测工程首任首席科学家、中国科学院院士欧阳自远表示,火星探测过程需要循序渐进,无法一蹴而就。人类距离火星还有很远,唯有一步一个脚印才能到达。
正文
俄国“火箭之父”齐奥尔科夫斯基曾经说过:“地球是人类的摇篮,但人不能永远生活在摇篮里。他们不断地向外探寻着生存的空间:起初是小心翼翼地穿出大气层,然后就是征服整个太阳系。”中国月球探测工程首任首席科学家、中国科学院院士欧阳自远在接受《中国科学报》记者采访时提到了这句名言,并表示探测过程需要循序渐进,无法一蹴而就。人类距离火星还有很远,唯有一步一个脚印才能到达。
《中国科学报》:探测火星和探月有何区别?
欧阳自远:人类对于太阳系行星的探测有几步必须要走。首先,人类进入空间时代,最早是开展对地球的探测,包括人造地球卫星和卫星的应用、载人航天等。第二步,就是要走出地球,人类选择了月球作为第一站。这一步迈出不容易,因为月球与地球的平均距离约38万公里,现在人类发射的同步卫星大约3.6万公里,而月球距离地球是这个距离的10倍。距离遥远是一方面,另一方面就是如何摆脱以地球为主的引力场束缚。不仅飞行器的速度要达到“第二宇宙速度”,还要具备精确的测控与通信系统。
首先利用空间科学技术的能力探测地球,进一步跳出地球探测月球,再进一步探测地球最近的邻居——金星与火星,再拓展到探测太阳系各层次的天体、太阳和太阳系空间。由近而远,从易到难。
就火星探测而言,与月球探测相比较最难的还是距离过远。距离过远必然对运载火箭与探测器的功能、结构等提出更高的要求;对测控系统的能力和精度要求要大幅提高;要解决由于距离过远数据接收的信噪比降低和误码率增加的困难;在程序设计方面要有效解决通信的时延等等问题。测控与通信在对地球的探测中,地球上发射指令到达飞行器执行与反馈几乎是同步的;但指令到达月球的时延接近1.3秒;火星的时延大约10~20分钟。
另外一点,如果发射载人飞船去火星,按照现在的飞行速度,大约需要8~10个月才能到达火星。宇航员面临着长时间在空间漆黑、狭小环境中的生命保障系统问题,包括呼吸、饮食、排泄处理、身体与精神健康等等都是难题。
不过,火星表面的生存环境比月球“优越”。月球上是超高真空,日夜温差接近300摄氏度,宇宙辐射和太阳活动影响强度大,而且一天相当于地球的29.5天,白昼与黑夜相当于地球半个月。火星的一天则与地球差不多,重要的是火星上有极稀薄的大气层,日夜温差比月球小得多,生存环境相对要好得多。
《中国科学报》:中国探测火星,将会从哪方面入手研究?
欧阳自远:任何国家研究火星,都逃不过三大问题:
第一个是火星生命信息的探寻。在太阳系的各层次天体中,火星最有可能有生命繁衍。探测火星生命活动的信息,一直是火星探测的第一命题。近十几年来,火星探测器发现大气层中有甲烷。我认为,这并不能成为火星存在生命活动的证据。因为甲烷除了生命体可以提供,如果环境允许也可以由碳与氢天然合成,必须要有充分的证据判别甲烷的成因与来源。历经了近40年的努力,没有发现火星上有任何原始生命活动的信息。
如今探测的重点转移到火星是否曾经存在过生命,在火星陨石ALH84001中,发现在36亿年前火星可能发育过一些类似细菌的“化石”,但是目前还是难以确认。也许要等到载人登陆火星,在火星的沉积岩中寻找古生物化石,才能确定火星是不是曾经存在过生命。
当前火星生命探测的重心转移到火星是否适宜生命的繁衍。火星表面干枯的海洋盆地、湖泊与河床,表明火星表面有过大量水体的活动,水是生命之源。而现今火星表面没有一滴水,火星的水体转移到地下;火星古代的气候是温暖、潮湿的,有利于生物繁衍。
第二个问题,就是研究火星本体,包括火星的磁层、电离层、高层大气与低层大气层的结构与活动;火星的地形地貌特征、分区与形成历史;火星表面的化学成分、矿物组成与岩石类型的特征与分布;火星的地质建造与地质构造;火星内部物理场与结构;火星的起源与演化历程等等;火星与地球的比较研究,深刻认识类地行星的共性与各自的特性,研究太阳系行星的起源与演化。
第三个问题则是人类通过2~3个世纪的努力,能否将火星改造成为人类可居住的行星。因为太阳系中只有火星能够改造成为下一个地球。我曾经写过一本科普书,叫作《再造一个地球》。人类既要保护好地球也应该拓展生存与发展的空间,在国际上成立了一个委员会,每年都会开会讨论。火星能否改造成为一个适合人类居住的天体,已经有很多具体的方案和建议。
《中国科学报》:相比较而言,人类将目光集中在火星上,是否有国家探测过火星的卫星?
欧阳自远:火星有两个卫星,它们的体积都很小。月球的直径是3400公里,月球大约在35亿年前形成,形成后经历过全球性的岩浆洋事件;39亿年前后大量小天体撞击,挖掘出巨大的盆地,盆地内多期次的玄武岩喷发形成辽阔的平原;月球有过内禀的偶极子磁场。在31亿年前,月球内部的能量已经耗尽,内部接近固化,月球的磁场消失了,岩浆活动停止了。月球有14亿年的活动历史。而火星的卫星自形成以来,由于内部能量很小,没有发生过任何岩浆活动、地质运动,它们一直保持着太阳系形成时的原始状态。人类从火星取样,可能只能拿到十几亿年前的样品,但是在火星的卫星上,任意取样就可以拿到45亿年前~46亿年前的样品。2011年,俄罗斯发射的福波斯-土壤探测器就是要去火卫一取样返回,不过失败了。
《中国科学报》:以人类自身的条件揣度火星有无生命是否有些狭隘?
欧阳自远:生命是具有遗传复制能力的,通过大量的科学研究与实验证明,只有碳为基础的有机化合物,才能构成长链的大分子有机化合物,甚至可以形成DNA(核糖核酸)、RNA(脱氧核糖核酸)等具有遗传复制能力的大分子有机化合物,才具有生命的特征。有人设想过,外星生命也许不是以碳—氢—氧—氮等生命元素为基础,而是硅基或其他元素组合的化合物。这都是一种猜想,还没有得到验证。

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