“探路者”号登陆的场面非常热闹,而且从那样高的地方投下去,探测器受到的冲击力仅为50克,的确令人叹服。但大家应更多地关注火星车。这个60厘米×45厘米×30厘米的小家伙里包括1台计算机、70个传感器、5个激光测距仪和由3套摄像机组成的立体视镜系统,带有自动导航和前后轮独立转向系统,同时还有发动机、X射线仪和其他分析仪器,其精巧程度可见一斑。它要迈上一定的坡度,跨过岩石和深沟,还要屏蔽火星土壤的强磁性干扰。在背向地球时,它必须有能力独立使用X光分析仪和测距仪。这一切的难度都非常高。而为达到这些要求所做的工作,都是在航天器预算削减了近1/4的情况下完成的。
“火星探路者”携带了一辆六轮小跑车,称为“漫游者”。“漫游者”在着陆器着陆后的第二天走下着陆器,开始对选定的目标进行研究。在以后的90天里,“火星探路者”共向人类发回了16万张照片。
从“火星探路者”发回的16万张照片中科学家发现,几十亿年前,火星的阿瑞斯平原曾发生过大洪水,而现在的火星可能与地球一样有晨雾,说明火星上有水,有水就可能有生命。而“漫游者”的研究结果,证实地球上的一块编号为“ALH84001”的陨星,可能来自火星,而美国航天局的科学家宣布,他们在这块陨星中发现了可能存在原始生命的证据。
1998年春天,美国宇航局又提出一种载人火星飞行方案。首先要研制出一种能发射895吨有效载荷的运载火箭。用这种火箭将载人火星飞船和其他设备发射到地球低轨道上,从低轨道又上升到高轨道,然后再从高轨道飞往火星。从地球到低轨道的发射要进行三次。计划在2011年发射。载人火星飞船能乘坐4人,飞往火星时间200天,在火星上停留580天,返回地球时间190天,总飞行时间970天。
1999年,美国火星学会与加州理工学院合作,提出一种更加安全的载人火星飞行方案。按照该方案,除了载人火星飞船以外,还要设计一种火星上升飞行器(MAV),用于将人员从火星表面发射到火星轨道上;一种返回地球飞行器(ERV),用于将人员从火星轨道送回地球;一个火星表面居住舱,供火星探险队在火星表面生活和工作。火星飞船能乘坐5人,飞往火星时间134天,在火星表面停留时间570天,返回地球时间146天,总飞行时间850天。计划于2011年开始实施。
2000年12月,俄罗斯提出“火星载人轨道站”计划。所谓“火星载人轨道站”实际上就是一艘巨型载人火星飞船,重400吨,用俄罗斯的重型火箭将结构件发射到地球低轨道上,一共发射4次,在低轨道上组装起来。飞船乘坐6人,长600米,最大直径6米,到达火星表面的重量仅有35吨。飞船飞往火星时间415天,在火星表面停留时间30天,返回地球时间285天,总飞行时间730天。计划于2017年发射。
火星探测是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动,2007年4月,中、俄两国总理举行会晤,签署了火星探测项目合作相关文件。按照任务分工,中国火星探测器由上海航天局负责总研制。
火星的大气层
与地球外层笼罩着大气层一样,在火星的周围也笼罩着大气层。火星大气层的主要成分是二氧化碳,其次是氮、氩,此外还有少量的氧和水蒸气。火星大气的密度很低,还不到地球大气密度的百分之一,表面大气压约500~700毫帕。最近研究人员发现,在火星大气层中存在甲烷气体,研究人员怀疑甲烷是来自火星上的微生物,由此开始了火星上有无生命存在的考证。
“麦哲伦”号对金星的探测
最早探索金星的是前苏联的“金星1”号,这是人类历史上发射的第一艘金星探测飞船,于1961年2月12日升空,但并不成功。
首度成功观测金星的是美国的“水手2”号,于1962年8月27日升空,同年12月14日,通过了距离金星34830千米的地方探测金星。
首次在金星大气中直接测量的是前苏联的“金星4”号,于1967年10月18日,打开降落伞,降落于金星大气中。
首次软着陆成功的是前苏联的“金星7”号,它于1970年12月15日,降落于金星表面,送回各种观测资料。
前苏联从1961年开始,直至1983年,共发射飞船16艘,除少数几艘失败外,大多数都按原计划发回不少重要资料。
浓云覆盖下的金星美国在1962年发射“水手2”号以后,又在1978年5月20日和8月8日先后发射“先驱者金星1”号和2号,其中“先驱者金星2”号的探测器软着陆成功。至此,美国也先后有6个探测金星的飞船上天。
金星的天空是橙黄色的。金星的高空有着巨大的圆顶状的云,它们离金星地面48千米以上,这些浓云悬挂在空中反射着太阳光。这些橙黄色的云是什么呢?原来竟是具有强烈腐蚀作用的浓硫酸雾,厚度有20~30千米。因此,金星上若也下雨的话,下的便全是硫酸雨,恐怕也没有几种动植物能经得住酸雨的洗礼。金星是个不毛之地。
金星的大气又厚又重。金星的大气不仅有可怕的硫酸,还有惊人的压力。我们地球的大气压只有一个大气压左右,在金星的固定表面,大气压是95个大气压,几乎是地球大气的100倍,相当于地球海洋深处1000米的水压。人的身体是承受不起这么大的压力的,肯定在一瞬间被压扁。
金星的大气中主要是二氧化碳。二氧化碳占了气体总量的96%,而氧气仅占04%,这与地球上大气的结构刚好相反,金星的二氧化碳比地球上的二氧化碳多出1万倍,人在金星上会喘不过气来,一准会被闷死。这里常常电闪雷鸣,几乎每时每刻都有雷电发生,让你掩耳抱头,避之不及。
金星是真正的“火炉”。地球上40摄氏度的高温已经让人受不了,但金星表面的温度高得吓人,竟然高达460摄氏度,足以把动植物烤焦,而且在黑夜并不冰冻,夜间的岩石也像通了电的电炉丝发出暗红色光。金星怎么会有这么恐怖的高温呢?这也是二氧化碳的“功劳”。白天,在强烈阳光照射下,金星地表很热,二氧化碳具有温室效应,就是说大气吸收的太阳能一旦变成了热能,便跑不出金星大气,而被大气挡了回来,二氧化碳活像厚厚的“被子”,把金星捂得严密不透风,酷热异常。再加上金星的一个白天相当于地球上58天半,吸收的热量更是越聚越多,热量只进不出,从而达到了460摄氏度的高温,比最靠近太阳的水星白昼的温度还要高(水星约430摄氏度)。
金星上直径达25千米的巨大圆盖温室效应使金星昼夜几乎没有温差,冬夏没有季节变化。因而金星上无四季之分。
金星上如此恶劣的环境,是以前的人们不曾想到过的,这位曾经是地球“孪生姐妹”的金星,一旦面纱撩开,即刻让人们对金星上存在生命的幻想破灭了。
金星有很少量的水,仅为地球上水的十万分之一。这些水分布在哪里呢?由“金星13”号和“金星14”号探测表明,在硫酸雾的低层,水汽含量比较大,为002%,而在金星表面大气里有002%。金星表面找不到一滴水,整个金星表面就是一个特大的沙漠,在每日的大风中尘沙铺天盖地,到处昏昏沉沉。
金星地表与地球有几分相似。金星因为有大气保护,环形山没有水星、月球那么多,地球相对比较平坦,但是有高山。山的高度的最大落差与地球相似,也有高大的火山,延伸范围广达30万平方千米。大部分金星表面看起来像地球陆地。不过,地球陆地只有3/10,其余7/10为广大海面。金星陆地占5/6,剩下的1/6是小块无水的低地。至今金星表面还没有水。
“哈勃”太空望远镜拍摄的金星紫外光照片金星自转是卫星中最独特的。自转与公转方向相反,是逆向自转。换句话说,从金星上看太阳,太阳是从西方升起,在东方落下。
金星逆向自转,是科学家用雷达探测金星表面根据反射器回来的雷达波发现的,还知道金星自转非常缓慢。每243天自转一周,如果我们在金星上观看星星,每过243天,才能在天空看到同一幅恒星图景,如我们以太阳为基准测量金星自转周期,仅仅是1168个地球日。因为,在这段时间,金星沿公转轨道前进了很大一段距离,在这243天中,可以看到两次日出和日落。所以,一个金星日是1168个地球日,金星上的一天等于地球上116天多。
为了在探测金星方面取得更大的成就,美国宇航局决定要利用其在雷达探测技术方面的先进设备,透过金星浓密的云层,详细勘察金星的全貌和地质构造。1989年5月4日,“亚特兰蒂斯”号航天飞机将“麦哲伦”号金星探测器带上太空,并于第二天把它送入金星的航程。“麦哲伦”号金星探测器重量达3365千克,造价达413亿美元。后来的事实说明,“麦哲伦”号是迄今最先进最为成功的金星探测器。“麦哲伦”号装有一套先进的电视摄像雷达系统,可透过厚厚的云层测绘出金星表面上小如足球场的物体图像,其清晰度胜过迄今所获金星图像的10倍!它装载的高分辨率综合孔径雷达,其发射、接收天线与著名的“旅行者”号探测器定向天线相似,也是365米直径的抛物面形天线,但其性能比前者提高了许多,它在金星赤道附近250千米高空时,分辨率也可达到270米。“麦哲伦”的中心任务是对金星作地质学和地球物理学探测研究,通过先进的雷达探测技术,研究金星是否具有与河床和海洋构造,因前苏联有科学家推测,大约40亿年前金星上有过汪洋大海。
“麦哲伦”经过15个月的航行,于1990年8月10日点燃反向制动火箭,使其速度由每小时396万千米减至279万千米,进入围绕金星的轨道。“麦哲伦”探测器运行中沿金星子午线绕一圈约需要189分钟,扫描宽度为20~25千米;从北极区域到南纬60度计划进行37分钟的观测,行程约15万千米。8月16日“麦哲伦”发回第一批进行照片。
“麦哲伦”拍摄到金星上一个40千米×80千米大的熔岩平原,雷达的测绘图像非常清晰,可以清楚地辨认出火山熔岩流、火山口、高山、活火山、地壳断层、峡谷和岩石坑。金星火山数以千计,火山周围常有因陨石撞击而形成的沉积物,像白色花朵。“麦哲伦”发现金星上的尘土细微而轻盈,较易于被吹动,探测表明金星表面确实是有风的,很可能像“季风”那样,时刮时停,有时还会发生大风暴。金星表面温度高达280~540摄氏度。它没有天然卫星,没有水滴,其磁场强度也很小,大气主要以二氧化碳为主,一句话,它不适宜生命存活。它的表面70%左右是极为古老的玄武岩平原,20%是低洼地,高原大约占了金星表面的10%,金星上最高的山是麦克斯韦火山,高达12000米。在金星赤道附近面积达25万平方千米的平原上,有3个直径为37~48千米的火山口。金星上环绕山极不规则,总共约有900个,而且痕迹都非常年轻。
“麦哲伦”拍摄了金星绝大部分地区的雷达图像,它的许多图像与前苏联“金星15”号和“金星16”号探测器所摄雷达照片经常可以重合拼接起来,使判读专家得以相互印证,从而使得人们对金星有进一步的了解。“麦哲伦”号从1990年8月10日至1994年12月12日一直围绕金星进行探测,最后在金星大气中焚毁。1990年2月飞往木星的“伽利略”号探测器途径金星,成功地拍摄金星的紫外,红外波段的图像,照片上显示金星大气顶部的硫酸云雾透过紫外光非常突出。
虽说金星空间探测硕果累累,但仍然有许多待解之谜。譬如说,金星上确曾有过海吗?金星上的温室效应是在什么时候、怎样发生的?目前金星表面是经过大规模的火山活动而重新形成的吗?金星大气的精确化学成分是什么?等等。
“卡西尼”号对土星的探测
土星有一个美丽的光环,这使得它在太阳系中十分引人注目。土星的大气成分复杂,赤道附近的风速超过500米/秒。土星有20多颗天然卫星,人们最感兴趣的是土卫六,它是土星最大的一颗卫星,还有一个名字叫“泰坦”(希腊神话中的大力神)。“泰坦”的引人注意之处不仅因为它的个头大,更重要的是它是太阳系中除了地球之外唯一具有稠密氮气大气层的天体。科学家猜测,“泰坦”上有海洋,海洋中含有有机物质,和原始的地球十分相似。如果能探测到“泰坦”上存在合成大分子有机物,就可以推测地球生命的诞生过程。
人类探测土星的使命,交给了“卡西尼”号土星探测器。1997年10月15日,美国成功发射了“卡西尼”号大型行星探测器,这是20世纪人类耗资最大的空间计划之一。
由于土星距离地球非常遥远,有82~102天文单位(1个天文单位约合15亿千米),所以,即使使用当时推力最大的火箭,也无法把质量为64吨的“卡西尼”号加速到直飞土星的速度。