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天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅

“九天之际 ， 安放安属？”
“日月安属？列星安陈？”
两千年前 ， 屈原在长诗《天问》中发出了这样的旷世之问 。 两千年后 ， 中国航天人要用实际行动给出解答 。
【天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅】2020年7月23日12时41分 ， 我国首次火星探测任务天问一号搭乘长征五号遥四火箭 ， 从文昌航天发射场成功升空 ， 至此开启长达400000000公里的旅途 。
天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅
天问一号火星探测器发射升空 红星新闻摄影采访人员 刘海韵
火星是地球的邻居 ， 二者同为岩质行星 ， 演化与构造类似 。 火星上有水、稀薄空气、与地球类似的元素、小分子有机物和太阳系最壮观的山川峡谷等 ， 是地球演化历史和未来的重要参照 ， 更是人类梦想成为“跨行星生存物种”的完美下一站 。
从2016年1月正式立项 ， 中国航天人用了1655天 ， 终于用自己的火箭将火星探测器发射升空！
星空浩瀚无比 ， 探索永无止境 ， 那颗红色的星球 ， 我们来啦！
为什么要去火星？
踏上地球的邻居火星 ， 是人类文明毫无疑问的下一步 ， 也是标志着人类完成从仅能生活在一个行星、向能够跨越行星生存生物进化的重要标志 。
天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅
图片由作者提供
火星(Mars)地球的近邻 ， 西方称之为“战神玛尔斯” ， 在古代中国 ， 人们称它为“荧惑” 。 为什么为给这颗星球取这个名字呢？这是因为它在夜空中呈现红色 ， 荧荧如火 ， 在古人看来 ， 它飘忽不定 ， 亮度也常发生变化 ， 似乎是上天在迷惑人类 。 所以在中国古代这颗行星被命名为“荧惑” 。 阴阳五行学说兴起之后 ， 荧惑有了新的名称——火星 。
从利用肉眼观测再到利用望远镜进行天文观测 ， 人们对这颗飘忽不定的红色星球关注度越来越高 ， 在好奇心的驱使下 ， 人类学会了利用科学的方法来近距离地探索这颗红色星球 。 伟大的航天之父、苏联科学家齐奥尔科夫斯基提出了使用液体推进剂和多级火箭进行太空探索的理论 。 1929年 ， 他的著名科幻小说《在地球之外》出版 ， 小说描写了在2017年以后几年里 ， 一群来自不同国家的科学家和工程师们乘坐火箭驱动的飞船到太空旅行 ， 他们先绕地球飞行 ， 然后降落在月球上 ， 随后继续飞行到火星附近 ， 最后返回地球 。 如今再读这部小说 ， 你会觉得科幻 ， 尽管人类还未踏足火星 ， 但小说里的很多场景已经实现 。
现代航天理论和火箭理论的奠基人齐奥尔科夫斯基曾经说过：“地球是人类的摇篮 ， 但是人类不会永远生活在摇篮里 ， 而会不断地去争取生存世界和空间 。 首先他们会小心翼翼地穿出大气层 ， 然后去征服整个太阳系 。 ”
在太阳系中的八大行星中 ， 除了我们已经探索几千年的地球之外 ， 火星是唯一一个存在于宜居带中的星球 。 如图 ， 地球的另外一个邻居因为过热 ， 而被排除在宜居星球之外 。
天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅
图据Chester Harman NASA/JPL
宜居带的判定标准是该区域的温度高低 ， 是否可以让液态水存在 。 液态水对于生命的存在是决定性因素 ， 可以存在液态水的区域被称作是宜居带 。 而这里宜居带分乐观宜居带和保守宜居带 ， 乐观宜居带的评判标准就是简单的液态水存在 。 而保守宜居带的评判标准还有温度不能过高 ， 温度低了可以通过产热加保暖来克服一下 ， 但是温度过高就很难克服了 。
而火星 ， 处于保守宜居带内 ， 可以允许液态水存在 。 太空探索路线里 ， 离开了地月系之后火星是首选 。 需要注意的是 ， 这里的“宜居” ， 指的是生存候选星球 。 和房地产广告里的“宜居”有本质区别 。
天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅
图据NASA
火星相比于地球 ， 体积小了很多 ， 表面干旱 ， 而且大气也很稀薄 ， 小于1%的地球大气压 ， 而且以二氧化碳为主 ， 没有像地球一样的大偶极场来阻挡高能射线 。 所以 ， 虽然火星是宜居带星球 ， 但即使是移民火星也不能像在地球上一样舒适地生活 。
除了“宜居星球”身份 ， 火星探测对于天文学观测还有潜在的重大的促进意义 ， 在射电观测中越长的基线意味着越高的分辨率 ， 所以有台站遍布全世界的甚长基线干涉阵 ， 1997年的时候 ， 日本发射一个射电望远镜到近地空间得到了2.5万KM的基线长度 。
天问|下一站火星：恐怖7分钟，天问一号400000000公里闯关之旅
射电望远镜 图片由作者提供
如果能在火星上建起射电望远镜 ， 并与地面站形成干涉阵 ， 那么基线长度将会达到10^9千米的量级 ， 相应的理论分辨率也会提高很多 。 而且 ， 由于特殊位置以及质量体积相对较小 ， 火星是地月系外最容易登陆的行星 。 下一步如果射电天文扩张到星际长基线干涉 ， 火星将是第一个天线的落脚点 。


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