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7月23日12时41分，我国首个独立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，下一站火星！
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。
那么，火星探测的核心问题是什么？火星探测哪一步最难？火星移民还有多远？人类为什么要探测火星？天问一号在中国航天史上将产生哪些新突破？火星……它长啥样子呢？
小编整理好了一份“火星日报”。
1.
火星长啥样子，了解一下先
打卡火星上的知名“景点”
从1960年代开始，人类就拉开了火星探索之旅。直到今天，留在火星上的人类探测器已经有数十个，它们有的还未开始完成使命便香消玉殒，有的却在火星上实现了超长待机。
所以，火星上的知名景点，首推那些先行者们的“遗址”。
景点 | No.1
先行者们的“遗址”
火星着陆器分布地址，图源NASA
1999年，美国发射的极地登陆者号在降落火星的过程中遗憾坠毁，永远沉睡在红色星球的南极。
，好奇号火星探测车在火星的盖尔撞击坑成功着陆，至今仍在工作，并发现了火星有水和日偏食等方面的证据。下面就是好奇号从火星传回来的第一张自拍照：
景点 | No.2
一个火星乃至整个太阳系中
最大最长的峡谷
它叫水手峡谷，也叫火星的伤痕。它的长度与纽约到洛杉矶的距离相当，能覆盖整个欧洲。
水手峡谷最初是在火星地壳运动的拉力下裂开的，当地质构造运动拖拽火星地壳形成塔希斯山脉时，其断裂就在地表形成了这个横跨几百英里的粗糙“疤痕”。
水手峡谷内部是富含橄榄石的玄武岩
从这里取得的水样酸性较低
景点 | No.3
诺克提斯迷宫
诺克提斯迷宫，位于水手峡谷和塔尔西斯高原之间，因外形曲折神秘似迷宫而得名。它的形成是由断层作用加上火山活动导致。
在诺克提斯迷宫中，科学家已发现的“幽灵沙丘”多达500个。可不要小看这些沙丘，它们可能就是我们解开火星奥秘的钥匙哦。
，研究人员在迷宫地层中探测到多种矿物
包含黏土矿物、硫酸盐矿物和硅的水化物等
景点 | No.4
火星最高山，奥林帕斯山
奥林帕斯山的高度约为珠穆朗玛峰的3倍。
它是目前太阳系已知的最大盾状火山。由于火星的多次大规模板块移动，奥林帕斯山的山体边缘崩塌，向外推移，在山体周围形成了壮丽的“奥林帕斯山光环”，远看就像正在绽放的美丽烟火。
卫星拍摄的奥林帕斯山俯视图
景点 | No.5
阿西达里亚平原
科幻电影《火星救援》中，美轮美奂的飞船着陆点原型，正是火星上的阿西达利亚平原。
电影《火星救援》中的着陆场景（上）
阿西达利亚平原真实照片，图源NASA（下）
根据美国航空航天局传回的真实影像，阿西达利亚平原并不像电影中那么平坦。它的地形相对崎岖一些，地表密布大量土堆和石块，给人危险而神秘的感觉。
景点 | No.6
火星极冠
火星南北极有厚达数公里的由水冰或干冰覆盖的隆起区域，被称为火星极冠。它们是火星上水冰的重要储藏库。
水和二氧化碳由于反复的升华和凝结作用
不断往来于极冠与大气之间
给高原穿上了一层洁白无瑕的外衣
这奇美的场景不是常年都有的。火星上的大气，相当于地球三万千米高空一带的大气那样稀薄，所以不能把水存留下来。每到冬天，极冠会逐渐变得庞大，但随着春天来临，极冠又逐渐融化而缩小。
2.
言归正传
火星探测的核心问题是什么
天问一号首席科学家助理、鸿鹄专项首席科学家魏勇：火星科学研究的核心问题，就是火星的水是怎么演化的。
火星表面上有河流的痕迹，曾经有大量的液态水在火星表面流动。
现在我们已基本知道火星的水逃逸到行星际空间去了，并且是以一种不可逆的、永远不再回来的方式。在过去几十亿年的时间里，火星表面的液态水几乎全部逃逸掉了。所以，水是怎么通过大气层逃逸的，这是火星探测的核心问题。
在过去的数十年里，人们一直幻想改造火星
如果探测发现火星适宜人类居住，未来我们会移民火星吗？魏勇认为，不是没有这种可能性。但是，即使研究发现火星可能支撑人类居住，开展火星移民也还有漫长的路，代价非常高昂。可能会有一部分比较热衷于冒险、有好奇心的人作为探路者率先移民到火星。
3.
火星探测有哪些难点？
中国科学院国家天文台研究员郑永春：现在为止全球大概进行了40多次火星探测，成功率大概不到一半。但2000年以来火星探测的相关技术已取得了重大突破。
对于中国的第一次火星探测来讲，最大的问题就是未知。
首个关键的节点当然是发射，不管任何时候脱离地球引力都是一种高风险。
第二个关键节点，当火星探测器从地球发射升空，进入到奔火轨道入口时将独自奔赴火星，七个月之后在火星附近刹车。刹车的节点直接决定了我们能不能成功环绕火星。
第三个关键节点，我们叫“恐怖7分钟”，即航天器从火星上空进入火星大气层。火星和地球之间距离遥远，这个过程只能靠航天器自动调整，接下来只能听天由命，看它在7分钟之后能不能告诉我们一个成功的信号。
总之难度步步递增。但是，我们国家之前的航空经验给火星探测奠定了非常好的基础，也使得这次火星探测增加很多信心。
4.
为什么要在今天发射
错过要等780天，损失5亿美元
地球环绕太阳一周需要约365天，火星则需要约687天。这种“不同步”导致地球和火星之间距离在时刻变化，从5500万千米到4亿千米不等。从地球视角来看，二者每约780天才会合一次。
因而，火星探测器的发射时间要求很苛刻，必须在每次地球和火星会合之前几个月、火星相对于太阳的位置领先于地球特定角度的时候出发，瞄准6-11个月之后火星的位置，开启火星探测之旅。
2000-地球和火星距离变化
各火星探测任务在太空中飞行的时间区间
由于每次地球和火星会合机会带来的理想探测窗口仅在1个月左右，探测任务如果赶不上出发，就要等待26个月后的下一次机会。这对于存在设计寿命、且有着巨大保管维护成本的探测器而言，是很难接受的。NASA局长曾说毅力号火星车错过7-8月发射窗口的代价，至少是5亿美元！
5.
必须给胖五点给赞
在人类航天探索中，航天器的速度是最重要的核心。
三大宇宙速度是人类航天探测的三道鸿沟
想实现火星探测，意味着探测器不仅要突破第二宇宙速度，完全摆脱地球引力，还要在此基础上进一步加速，在抵达火星前尽力摆脱太阳引力的巨大影响，而太阳的质量是地球质量的30余万倍。
这对探测火星的运载火箭要求极高，基本都是各国最为强力的火箭系列。即便如此，探测器占火箭总体质量的比例都在1%以下，绝大部分质量都用于装载推进剂，这是人类航天梦想的巨大代价。
近几年世界各国火星探测任务的主力火箭
对于总重5吨左右的天问一号而言，带它前往火星的就是长征系列中最强的长征5号火箭。
6.
深空导航制导与控制
茫茫深空，漫漫长路。此次发射成功之后，天问一号需耗时7个月左右，预计于2月中才能抵达火星。
此前，我们熟悉的天宫和神舟任务距离地球表面仅400千米，嫦娥距离地球38万千米。天问一号距地球最远时，地球和火星距离将达到4亿千米！这也意味着对天问一号的导航制导与控制变得异常艰难。
功勋卓著的远望6号航天测量船
为天问一号保驾护航
一方面，在出发阶段，需要陆基测控站和万吨级远望系列航天测量船全程保驾护航。出发后，需要庞大的深空探测天线网络覆盖整个天域，保证它在整个探测火星过程中都能跟地球有效通信。
另一方面，天问一号也需要自主导航和控制，精准确定自身位置和姿态。例如利用恒星敏感器把自己的姿态确定到角秒级的精度，而1角秒仅仅是1度的3600分之一！
目前，地球上的中国航天人和太空中的天问一号，正常通讯中。
7.
绕、着、巡，一个都不能少
人类探测火星60年来，共有四种任务类型：惊鸿一瞥的“飞掠”，登高望远的“环绕”，观天测地的“降落”和自由移动的“巡视”。
其中，“飞掠”仅是在早期技术不成熟或其他任务兼职探测火星时使用，另外三种是近些年来的任务类型主力。未来在计划突破第五种：采样返回。
人类目前有四种火星探测任务示意图
环绕器（轨道器）能长期环绕火星，采集海量的数据，全方位研究火星磁场、大气、重力场、水、浅层土壤、地质地貌等方面，还能起到信号中继作用，服务于降落在火星表面的着陆器和巡视器。
着陆器能仔细研究火星表面的各种细节，但由于重量和自身能量限制，无法移动和自由巡视。
巡视器可以随处移动，它的质量能更多集中于科研载荷，从事多地点多方面的精细研究。
这次，天问一号包括了环绕器、着陆器和巡视器三个部分。总之，极度复杂的中国火星探测任务正在路上！
编辑：金子
图片：来自网络
本文编辑自：蝌蚪五线谱
新京报、科学大院、中国探月工程
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