人類如何在2021年實現火星登陸？

編者按：火星（Mars）是太陽系八大行星之一，直徑約為地球的一半，天文學中把地球與火星稱為兄弟行星。歐洲自2003以來一直試圖登陸火星，但沒有任何一個組織有完整的登陸計劃。幾個月前，歐洲宇航局（Europe Space Agency）火星太空生物學（ExoMars）任務的兩個探測器——TGO（微量氣體軌道探測器）和Schiaparelli（斯基亞帕雷利探測器）實現成功分離，儘管Schiaparelli在著陸過程中墜落並爆炸，但是TGO探測器已成功進入火星軌道。

王雷 編譯

目前，歐洲和俄羅斯計劃在2021年將ExoMars漫遊者探測器送入火星，歐洲研究中心已經同意給予該計劃4億美元的援助。儘管此項任務存在巨大挑戰，但是人類在不斷學習進步，從未放棄火星計劃。ExoMars漫遊者不僅擔任探測火星表面地質和大氣環境的任務，而且將會在惡劣的火星表面環境中搜尋可能存在的生命跡象。

Schiaparelli探測器未能安全降落火星的原因在於：火星表面氣壓低（小於地球表面氣壓的1％），這意味著探測器到達火星表面後將快速地下降；此外，探測器著陸必須自主完成，從地球到火星的光傳播時間是3~22min，這種延遲傳輸意味著我們不能夠從地球快速引導著陸過程。美國航空航天局（NASA）發射的維京（Viking）、探路者（Pathfinder）、鳳凰（Phoenix）等探測器能夠成功登陸火星，是因為NASA已經解決了探測器的著陸問題。

登陸火星的經驗

2003年的聖誕節，歐洲成功發射「小獵犬二號」（Beagle-2），其搭載的火星快車號（Mars Express）探測器將使我們對火星的了解發生了革命性的變化，包括火星表面的立體圖像、礦物地圖，地球大氣層外的等離子研究以及首次檢測甲烷等。最近，NASA火星勘測軌道飛行器（MRO）發現「小獵犬二號」成功登陸火星表面，四個太陽能電池板有一個未能部署，通信天線在這個電池板下面，阻止了火星快車號與地球的信號傳輸。經過調整，火星快車號的立體攝像機系統和彈出式鏡頭已經向地球傳回了第一個全景圖。

今年10月份，Schiaparelli試圖著陸火星，根據「小獵犬二號」的經驗，詳細的數據在下降過程中傳輸。Schiaparelli使用防熱罩、降落傘以及推進器進行減速，不幸的是，ESA儘管收到了降落傘展開的信號，但沒有收到Schiaparelli確認著陸的信號。ESA分析數據後表明，著陸過程中減速推進器提前關閉，儘管降落傘已經展開，但其著陸時速度仍遠遠超出安全範圍，失速墜落極有可能造成了Schiaparelli的爆炸。

同時，微量氣體軌道探測器（TGO）成功地進入了火星軌道，它發回了第一張令人驚嘆的圖片以及與火星近距離接觸的相關數據。TGO將於2018年3月完成一個400公里的圓軌道，圍繞火星運行，這其中涉及到一個無燃料的制動過程（航空制動），依靠摩擦火星表面的氣體分子使TGO速度減慢。TGO的任務是更多地了解火星的微量氣體，包括甲烷。甲烷不應該存在於火星的大氣中，因為它在幾十到幾百年的陽光照射下會被降解，所以火星上肯定存在甲烷的來源，這可能是地熱活動或微生物的生命形式。

搜尋火星上的生命

漫遊者探測器被譽為ExoMars火星任務「皇冠上的寶石」，計劃於2020年發射，2021年到達火星。ExoMars漫遊者有一個設計獨特的探頭，可以在惡劣的火星表面以下兩米範圍內收集樣品，這是其他探測器探測深度的40倍，好奇號（Curiosity）探測器只能達到5厘米。因此，此次火星任務最有可能回答之前一直困擾人類的問題：火星上到底有沒有生命？人類是否可以在火星上居住？

科學家已將可能的著陸點縮小到火星上的三個區域：Oxia Planum、Mawrth Valles和Aram Dorsum，數據顯示，這三個區域可能存在含水的粘土（硅酸鹽）、河床沉積物以及水侵蝕過的跡象。此次任務最令人興奮的地方當然是尋找地球之外的生命，與木星的衛星歐羅巴（Europa）和土星的衛星土衛六（Enceladus）一樣，火星也是可能有生命存在的星球。此外，工業和學術界的技術革新，使得本次任務的硬體開發進展良好；國際團隊的密切合作，對於本次任務取得成功至關重要。

太空探索是艱難的，特別是火星探索，我們決不會放棄。我們應該從過去的探索中尋求經驗，為未來發展設定計劃。ExoMars漫遊者的任務將在最新的火星探索中發揮關鍵作用，也許能夠回答人類最重要的問題之一：人類在宇宙中真的是獨自存在的嗎？

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