2003年8月27日的夜晚,在天空的东南方向有一颗橘红色的行星如期来到了距离我们地球只有5000多万公里的地方,这颗行星就是火星。这是五万六千年以来火星跟地球最近距离的一次相遇,这个时候太阳、月亮、地球和火星在同一条直线上,这种天象被天文学家称作火星大冲,而就是这几万年一遇的天象奇观,成了人们街头巷尾议论的热门话题。
这次地球和火星的相遇,不仅给一些天文爱好者带来了一次很好的观测火星的机会,而且激发了大家了解火星、学习天文知识的热情。我们请中国科学院国家天文台的研究员李竞先生谈谈有关火星的话题。
李竞:“为了要说明什么是大冲,那得先解释一下什么叫冲。冲,是一个天象,我这有个示意图,什么叫冲呢?就当里面这个轨道是地球(的轨道),中间是太阳,外边是一个在地球以外的行星,这个是火星,每当地球走到火星跟太阳之间三点成为一条线的时候,叫做冲。对于火星来说,就叫做冲日,火星冲日,但是还应该有一个条件,这个条件往往就不说了,或者忽略了,这个条件是什么呢?就是在晚上从地球上看过去,太阳跟火星之间相差180度,这个条件很重要。这180度意味着什么呢?意味着从地球上看上去,太阳跟火星脸对脸相冲。那么为什么又叫大冲呢?大冲是什么意思呢?又(要)加一个条件,这个条件是什么呢?因为地球公转轨道是个椭圆,火星轨道也是个椭圆,两个都是椭圆,在这两个轨道之间总有一段是两个距离最近。当火星走到近日点的时候,这时候要发生冲,就叫做大冲。上一次火星大冲是1988年,这回是2003年。既然刚才我说了十多年,十五年到十七年就遇见一次大冲,刚才你又说了是五万多年一次。”
“那么这又是怎么回事呢?虽然火星走到近日点的时候,但不见得就在这个时刻跟地球之间的距离最近。当地球又走到远日点的时候,在那个时候这两个轨道之间的距离是特别近,如果在最近的时候三者成为一条直线,还叫火星大冲,但是这次火星大冲应该叫最近距大冲,因为它们两个处在最近的距离上。”
假如当地球金星和太阳成一条直线的时候也能叫冲吗?
李竞:“不能。”
也就是说金星和太阳在地球的同一边了?
李竞:“对。冲的时候,刚才说了,虽然行星跟地球跟太阳要成一条直线,但还有一个条件,就是从地球上看去,行星跟地球跟太阳之间得成为180度。而对于金星来说,对于水星来说,永远不会有(冲)。”
那么在这段观测时期,我们普通的天文爱好者能够观看到什么东西呢?
李竞:“首先,他们会在望远镜中看到火星的一端。在望远镜中看是在北边,实际上是一个倒像,在南端。它的南半球的极区有一个白色的帽子,被称为极冠。第二,火星上看上去红红的,有发黄的区域,还有棕色的区域,这样一个图像,一个斑斓的红色的星球。你记住了这个样子,但是比如你半个小时一看,再过半小时一看,再过一小时一看,你会发现它在变化。这变化怎么来的,是由于火星也在自转,我看到有些媒体上说,说爱好者用望远镜可以看到火星上的运河,这个是不对的。首先火星上没有运河,其次用一般的小望远镜也看不到火星上的沟沟坎坎。”
说了这么多的火星,真的勾起了我们极大的兴趣,那么火星真实面目到底是什么样子呢?
太阳在火星上空升起,这是一个红色行星。火星是一个神奇的天体,它吸引了一代又一代的观测者,火星是我们人类下一个访问的天体,火星只有地球的一半大小,却和地球有很多共同之处。火星上有大气,有季节的变换,一天为24.5小时,火星上很冷,气温最高也在零摄氏度上下,它距离太阳约22800万公里,公转周期约687天。火星有两个小卫星,火卫一和火卫二。和地球一样火星也有一个自转轴,加之椭圆轨道使季节发生了变化,当与太阳最远时北半球为夏天,南半球为冬天;而当火星离太阳最近时,北半球为冬天,南半球为夏天。火星北极有白色的极冠,在北半球相对温和而短暂的冬天,极冠增大,相对漫长的夏天,极冠消融。在南极白色的极冠更大,相对北极而言南半球的漫长而严酷,尘暴来临时形成的尘埃云有时可持续数月之久,甚至覆盖整个行星。
为了建立火星大小的概念,将北美图像加在火星上两海岸的距离约4000公里,这正好是火星上最大峡谷——水手大峡谷的距离,我们再离表面最近的距离看看火星,跃过南半球的环形山群向西跨越太阳系中最大的地质裂缝,也就是水手大峡谷。水手谷的西部是高原地带和阿尔巴西亚火山,另一个是帕瓦尼斯,第三个就是巴斯克拉瓦斯火山,在这些火山中最突出的是奥林匹斯火山,奥林匹斯火山海拔27公里,是珠穆朗玛峰高度的三倍,这些隆起的陡壁高六公里,奥林匹斯火山是太阳系中最大的火山峰。
人类对火星的兴趣,自古以来就是很浓厚的。当有了望远镜之后,就进入了火星研究和观察的新时代,特别是到了1877年,一个意大利天文学家在那次火星大冲的时候,也是离地球非常近了,就看到了火星更真实的一些表面细节,他认为他看到的这个细节是一条直线,一条一条直线,因此,(有人)就把这些直线的英文名字误译成了运河。既然火星上出现了这些直线,这些直线又称之为运河,于是人们就猜想火星上应该不仅有生命,而且有智能生命。这就掀起了一些有关火星有生命热的说法。这样的猜测,一直停留到20世纪的上半叶。
一颗发出荧荧光辉的神秘的红色星球,就在2003年的8月27日,如期与地球相约,说是相约相聚,其实距离仍然有5600万公里。就是这颗充满诱人魅力的火星,引起了一代又一代地球人孜孜不倦的探索。既然火星曾经有相当一段时间和地球的环境差不多,有海洋,气候潮湿,有四季的气候变化,为什么我们的地球经过几十亿年的变化有了丰富多样的生命形式,像动物、植物、微生物,还有我们人类这样的高级智慧生命,而火星却是这样的寒冷,至今还没有生命迹象的不毛之地,是火星在行星演化中失去了出现生命演化繁衍的机会?还是它们曾经繁荣过的生命世界已经绝灭?
李竞:“这正是科学之谜,也是探测的主要目的之一。由于在地球上观察火星得不到答案,所以采用了空间技术。第一个目标就奔向了火星,第一个告诉人类火星真实面貌的是1971年发射的水手9号,飞到离火星1200公里之处,就围着火星变成了一个火星的卫星,它用它的摄像机拍摄了火星的全球地形地貌图。当这些地形地貌图送到地球之后,人类才第一次看到火星上布满了大的环形山,有很宽很长的沟壑,这沟沟坎坎第一次展现在人们面前。而从这些图像制作了火星全球地形地貌图之后,在上面发现确实是荒芜一片的景观。那么人类就要进一步思索,那里真的没有生命了吗?要问个究竟,得到答案。下一步火星要软着陆,要就地考察。到了1976年,又发射了两个探测器,这两个是完全一样的。一个叫‘海盗1号’,一个叫‘海盗2号’。它们一个着陆在北半球,火星的北半球,一个着陆在南半球。它们都有一个共同任务,就是从岩石土壤中来考察,来探测是否有生命。”
1976年“海盗号”在火星上两处着陆,两个无人实验装置发回了土壤样品的分析数据,试图发现火星生命的证据,结果是否定的。1997年,美国发射的“火星探路者”顺利降落在火星的一块古老洪水冲刷过的平原上,并放出一个机器人“旅居者”,它的任务是勘察火星表面,分析岩石组成,得出可能令人吃惊的结果。
表面看来,火星上曾发生过特大洪水,岩石多种多样,一些是火山与地球海洋中形成的火山类似。那么它是否就是火星海洋中曾经有的河床呢?“火星全球勘探者”发回的证据表明了这一点。“勘探者”给出了一张前所未有的详细的火星图像,在其表面北半球有一个大的平原区,它具有河床的所有特征。与那种多水的年代比起来,今天的火星则是一个冻结的荒漠,仍然没有一滴液态水。但是火星上确实有磁场存在的痕迹,“全球勘探者”测量了它的磁场。
火箭运载探测器的目标是火星。随着“探路者”和“全球勘探者”的成功,人们有计划地发射双探测器,一个着陆器和一个环火星轨道飞行器。著名的火星探测计划,其目的便是了解火星上水的变化过程。许多科学家认为,火星上有丰富的水源,只是它们以冰的形式被禁锢在表面以下。轨道飞行器的目的是探索洪水的轨迹,以遥感技术的假色彩手段,描绘出火星的地质图。与此同时,着陆器能迅速穿透火星大气。火星大气稀薄,只有地球大气的1/150,在火星表面上人们继续要搜寻生命。
自从1976年“海盗”一二号登陆这个火星,得到这样一个发现,确实很让我们失望。这段时间,可以说火星探索一直是处于一个低潮,近几年又升温了,据说是跟一块陨石有关。
这件事发生在1996年,1996年正当火星探测者庆祝“海盗1号”、“海盗2号”成功在火星软着陆20周年,一个科学家小组宣布,火星上可能过去有生命,一石激起千层浪。这是怎么回事呢?1984年一个科学家小组在南极地区搜集到很多陨石,根据碳14放射性测定计算结果发现,其中有一块陨石重1.9公斤,它的年龄达到了40亿年。这让大家很吃惊,这么古老的岩石来自于何方,几乎和太阳系天体是同龄的。后来经过详细地考察,被认为这块陨石来自于火星,是火星上的一个地貌被另外一个天体撞击了,溅出来了一些残片。
1996年底到1997年初发射了两个探测器,一个叫“火星探路者”,一个叫“火星环球勘测者”,送回来16000张照片,有火星的近景,有火星的远景。当它发射送回地球,地球上科学家看到这些地貌以后认为,它是被大洪水冲过的。那个地貌只有大洪水冲过的,才有这样的一种地貌,被洪水冲刷的,但是还没办法确切地测定年龄,只能说曾经有过液态的水。
但是也有反对的,也还有人认为这可能是某种的地壳变动。那么既然是曾经有过大洪水,当年就显然有比今日更厚的云层,对吧。因为有水,水就变成了云,云又变成了水,有更厚的云层。就意味着温室效应比今天更强烈,昼夜温差更小,温度也比今天更高,有比较厚的云层。那么这样一来,是不是当年有过生命呢?这又变成了很大的希望。到了2001年,又到了冲日,又发射了一个探测器。这个探测器叫“2001火星奥德赛”。这个探测器要在火星周围飞上两年,火星的一整年相当地球上的两年,到现在还在天上。它要考察的是在空中探测火星是否有水的迹象。现在就到了2003年了,今年发射了三个探测器:美国两个,欧洲一个。特别是欧洲这个探测器,如果成功了,一切按计划成功地在2004年年初到达火星表面软着陆,它的任务不仅就地取样,而且还把这个样品检测数据传送回来。
虽然迄今为止,人们在火星上没有发现任何的生命迹象,但这种希望在我们的心中从来没有泯灭过。
随着2003年底和2004年初这三枚火星探测器着陆,假如说真的在上面找到了水和生命,那么人类下一步要做什么?无论找到生命与否,有没有水,人类登临火星的这个愿望,是不会由于这颗探测器的成功与否而改变的,人类终将登上火星。而根据半个世界空间技术的成就和发展,现在载人登火星这样的目标是能够实现的。要想登临火星,看来很可能首先要建立一个火星空间站,一个围绕着火星运转的人造天体。
无论是天文爱好者还是科学家,在这个万载难逢的时刻,我们通过各种途径,抓住了机遇,增加了对火星的了解,就在2003年我们又发射了三颗新的探测器,新一轮的火星探测又开始了,我们期待着火星之旅能够解释人类的一切疑问。