明明距离地球最近的行星是金星,为什么全世界却都赶着去探测火星?

明明距离地球最近的行星是金星,为什么全世界却都赶着去探测火星?

人们在衡量一件事是否值得去做时,往往会通过两个方面的因素去考虑,一个是操作性,另外一个就是代价,操作性决定着可行性,而代价决定着产出投入比,只有具有一定可行性且产出投入比达到可以接受的程度时,方可行动实施。这一点在天文探测方面同样适用,当然无论是发射卫星也好,还是载人登月,抑或对地外行星进行探测,无疑都是非常“烧钱”的举动,花这么多钱必须要实现相应的研究价值和国际影响力,否则将是徒劳,毫无意义。

明明距离地球最近的行星是金星,为什么全世界却都赶着去探测火星?

金星曾经是地外探测首选之星金星是除了太阳和月亮之外,天空中亮度最高的星体,比遥远的恒星-天狼星还要亮10多倍,因此人类对于金星的观测历史非常悠久,正因为它在夜空中的独特魅力,我国的古人很早就以“金”字为其冠名。进入20世纪,人类科学技术迅猛发展,特别是中叶以后天文学的突飞猛进,极大地推动了对地外天体的观测和近距离探测步伐,除了地球唯一的月球之外,金星成为了人类最早想要“征服”的行星。

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从金星所处的位置来看,其作为地外探测的首选目标也不令人意外。金星与地球、火星同样处于太阳系的宜居带,并且是距离地球最近的行星,最近距离仅有4100万公里,是月地距离的100倍多一点,这个距离要比地球另外的一颗近邻行星-火星与地球的最近距离短1400万公里。如果按照人类航天器的飞行速度测算,到达金星只需要100多天,而到达火星则至少需要200多天,这个时间差距对于探测器发射火箭推力、燃料贮备等都会带来巨大的差别,探测金星从花费的成本来看似乎要比探测火星来得实际的多。

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从金星的外表特征来看,金星的半径6070公里,和地球的6370公里差别不大,其体积约为地球的88%,质量约为地球的80%左右,从质量和体积大小来看,金星简直就是地球的“孪生兄弟”,因此从这一方面看,对金星探测,对于揭示地球和太阳系的形成演化规律、探索地外生命形式等都具有重要意义。

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也正因为以上原因,从前苏联1961年发射第一颗金星探测器-金星1号以来,人类共向金星发射了46颗探测器,其中包括飞掠探测器、轨道探测器、坠落探测器、1软着陆探测器和气球探测器等。不过金星1号在发射之后不久,在距地球750万公里时失联,任务失败。后来在1962年美国发射了“水手2号”探测器,成功在距离金星3万4000公里处掠过,并向地球传回了近距离观察金星的第一批资料。1967年美国发射的“水手5号”探测器也实现了飞掠金星的目标,也向地球传回了大量更加丰富和清晰的图像。

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金星表面严酷的自然环境虽然水手2号和水手5号传回了一些关于金星的照片,但是毕竟是从高空“俯拍”而来,并未深入到金星表面,人们对于金星表面的环境特征并未准确掌握。后来,在1970年,前苏联在总结以往失败教训的基础上,成功发射了“金星7号”探测器,并成功实现在金星表面的软着陆,向人类第一次发回了关于金星表面环境状况的资料。

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在“金星7号”穿过金星大气层的过程中,对金星大气层的基本情况和组成结构进行了监测,在降落到金星表面以后,还对金星表面的温度和大气压强情况进行了及时监测。结果表明,金星的大气层非常浓密,主要成分是二氧化碳,地表温度470摄氏度、大气压为90个标准大气压。只不过在如此高温高压下,探测器的耐受性支撑不了多久,20多分钟后金星7号就失去了联系。

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在此后的40年时间里,又有一些金星探测器被发射出去,几个探测器软着陆以后工作的时间也不长,另外一些探测器在围绕金星运行的同时,对金星的大气层又进行了比较深入的探测,结果发现金星大气层厚度达20多公里,二氧化碳占比高达97%以上,其余还含有微量的水蒸气、氩气、氦气、一氧化碳等。而且云层中悬浮着大量的微细浓硫酸雾滴,并且充斥着二氧化硫、氯化硫以及硫单质等物质,经常出现大范围、高强度的闪电和硫酸雨等现象,自然环境十分恶劣,不但生命体难以存在,就连耐受性很强的探测器都支撑不了多长时间。

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科学家将重点转向火星虽然探测金星相较于火星,无论是时间还是金钱上的花费成本都要低,但是金星表面的自然环境实在是过于恶劣,特别是探测器着陆以后根本无法长时间开展工作,继续开展探测已没有太大的必要,于是科学家们逐渐将目标从金星转向了火星。

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其实,在人类对金星探测的过程中,也已经开展了对火星的探测,只不过成功率不高,值得一提的是1964年美国发射的水手4号探测器成功掠过火星,同时传回20多张照片,这是人类历史上第一颗成功到达火星并且传回数据的探测器。1971年,美国发射了水手9号探测器,并且成功进入火星轨道,这是人类历史上首颗围绕火星运行的轨道探测器。同年,前苏联也发射了“火星2号”探测器,实现了首次在火星表面登陆,并向地球传回了火星表面的基础数据。到了上世纪90年代,美国又发射了火星环球勘探者探测器,实现了首次在火星地表释放火星车的探测器。迄今为止,各国共向火星发射了47个探测器,稍低于向月球发射的探测器数量。

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通过前期观测和探测器的持续探测,火星的质量较小,致使表面重力加速度很小,加上火星基本失去了磁场,因此在太阳风吹拂下火星的大气绝大部分都逃逸到宇宙空间中,大气密度仅为地球的1/100,来自宇宙空间特别是太阳的高能粒子可以直接到达火星表面,而且火星的温度偏低,两极最低达到零下130多摄氏度,且温差剧烈,最高温度和最低温度相差100度左右,表面也几乎没有液态水存在,这些都是火星自然环境相对恶劣的地方,但相比金星,火星的这些问题似乎“温和”多了。

各国在向火星发射众多探测器的过程中,虽然投入比金星要翻几番,但是火星的环境至少可以支撑火星探测器以及火星车稳定正常地工作,至今为止,仍然有8个探测器在火星轨道和地表持续运行,获得了大量关于火星地表形态、大气层结构、温度变化等丰富的数据资料,而且还探测到火星表面某些区域存在着固态冰、地下盐湖、陨石坑湖等水资源的存在,这些无疑将为深入研究火星及太阳系发展演化过程、探索地外生命形式等发挥重要的作用。

相对于金星来说,火星的自然环境恶劣程度要小得多,探测器的耐受程度完全可以支撑,对火星地表进行全方位深入探测的可行性完全具备,而且通过以往的探测,我们获取了大量宝贵的观测和研究数据,产出投入比非常可观,因此世界各国纷纷将目光瞄准火星,在本世纪上半叶将会持续启动众多的火星探测项目,其中就包括我们的天问1号火星探测计划,有关火星更加详细、清晰、全面的资料将会于不久后,呈现在我们的面前。