诺奖得主斯穆特三世：三国火星探测器竞相发射，成功率几何？

编者按

天问一号探测器拍摄的地月合影今天公布。

这张照片是天问一号探测器在飞离地球约120万公里处回望地球，利用光学导航敏感器对地球、月球成像，获取的地月合影。在这幅黑白合影图像中，地球与月球一大一小，均呈新月状，在茫茫宇宙中相互守望。

上图为2020年7月27日，天问一号探测器在飞离地球约120万公里处，利用光学导航敏感器拍摄的黑白地月合影。图｜国家航天局

据中国国家航天局公布的信息，天问一号目前飞行状态良好，能源平衡、工况正常，地面测控跟踪稳定，飞行控制和数据接收有序通畅，各项工作顺利开展。探测器已脱离地球引力影响范围，进入行星际转移轨道，飞离地球超过150万公里。

在与天问一号发射同期进行，世界顶尖科学家协会（WLA）与央视新闻合作推出的太空论坛系列第一期《和诺奖科学家谈深空探测》节目中，五位诺贝尔物理学奖得主齐聚线上，贡献了精彩绝伦的对宇宙探索的大讨论和畅想。

WLA与央视新闻合作推出的太空论坛系列第一期的直播场景。图｜CCTV NEWS

本篇为大家带来的是2006年诺贝尔物理学奖得主乔治·斯穆特三世(George Smoot III )的个人演讲。乔治·斯穆特三世（生于1945年），美国物理学家、宇宙学家。因“发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性”获得了2006年诺贝尔物理学奖。

2020火星使命

2020 Mars Missions

2020年有三个目的地是火星的探测任务。现在进入了火箭发射的密集期这并不奇怪。因为每隔26个月地球火星的位置就会成为一个火箭发射的理想位置。

每隔26个月，地球和火星就会在各自的轨道上达到最接近的位置。图｜NASA

所以当前我们有三个任务，一个是阿联酋已经发射的“希望号”、刚刚发射的“天问一号”、和NASA方面即将要发射的“毅力号”。

阿联酋的“希望号”，当它在2021年2月到达火星后将执行一项为期两年的任务，或者准确来说，是一整个火星年。当然，我非常希望它可以坚持更长的时间。它的出现主要是为了查看火星的大气。

今年7月20日，阿联酋进行了它历史上的首次火星飞行任务。图｜BBC

现在让我们来谈谈关于火星非常有意思的内容。我们知道在过去，火星不仅有很多的水，而且有更稠密的大气。接着发生了一些事情。火星上失去了一大部分大气,变得非常稀薄，并且将近96%的大气都是二氧化碳。氧气、氢气、还有其他的很多东西都不见了。

如这幅艺术家的插图所描绘的，如今稀薄的火星大气层主要由二氧化碳组成。图｜NASA

在探索到底发生了什么事情的过程中，真的是充满乐趣的。

那么在这里大家可以看到这是在2015年的时候，当时我也是参加了在阿联酋的迪拜举行的会议，会议中项目的经理介绍了这个被叫做“希望号”的火星探测项目。

截图｜斯穆特个人演讲PPT，独家授权世界顶尖科学家论坛使用

当她在讲述时，我就在思考，他们到时候能不能及时准备好。没想到他们真的能做到。这是他们那时候发出来的“希望号”探测器的照片，其实这种探测器基本上都是比较类似的尺寸，比如说1000多到2000千克。这就是探测器通常会被设计的尺寸。

阿联酋“希望号”。截图｜斯穆特独家授权PPT

“希望号”成功组装并且发射，是希望再过160多天可以在2021年2月到达火星，这样他们就可以正巧遇到阿联酋建国50周年庆。以抵达另一个星球的方式作为太空庆典，这不仅对于阿联酋来说是一件非常具有意义的事情，而且“希望号”的探测对人类来说也是一个科学界的壮举。

接下来我们要谈到的更具有挑战性的就是“天问一号”，它从海南的文昌基地发射升空。在这里它离开了地球，“天问一号”探测器目标是通过一次发射实现火星环绕、着陆并开展火星表面地理探测。

7月22日，长征五号火箭搭载“天问一号”前往火星。图｜CNET

这真的是非常宏大的一个计划。我真的好紧张，很希望“天问一号”可以如愿以偿。在这个过程当中会如何进展的，探测器会在最后一分钟进入到火星的大气层，打开降落层接着着落。我们大概七个月之后就会知道结果。我真的祈祷一切都能顺利。

NASA也是在做这一方面的努力，他们也是有一些复杂的任务，着陆器、巡视器，待会也会给大家看看其他的照片，他们是希望去研究很多方面的内容，其中有一条想要完成的任务就是要去取样，它会去进行钻孔、接着从火星岩石和土壤中采样、分类然后存储。探测器将把样品芯储存在火星表面的管道中。整个过程被称为 "样品缓存"。

“天问一号”兼具着一个环绕器、着陆器和一个六个轮子的、太阳能的火星车。截图｜斯穆特独家授权PPT

在这个过程中，探测器中会有二十多个摄像头记录下发生的一切。不过在这并不是终结。“毅力号“可能会为之后的探测器铺平道路。人类早有打算会进行越来越多的火星探测项目。未来有可能探测器收集完样本后可以将它们带回地球以便进行更精细的样本分析。

NASA的“毅力号”会携带多种仪器有效载荷奔赴火星，包括MOXIE（在插画中间）。图｜NASA/JPL-Caltech

采样到“缓存”其实是一个非常复杂的过程。“毅力号”已经是第三代的火星车了。

同时“毅力号”如果想获得成功的话也需要非常多的运气。它需要对样本的重量、体积进行测量，进行封装，去把它放到存储的容器里，那么该如何去选择下一个采样点呢？

这就是某种程度上非常具有赌博性质的一件事了，“毅力号“的出行会带着一架叫“心灵手巧”的直升飞机，但是它实际上只有2000克重。它上面也有摄像机，而且它会在这里去寻找一些采样点，让火星车可以去进行采样和研究，所以NASA的探测项目实际上也是非常宏大的一个任务和计划。

AeroVironment公司的工程师设计和开发了“心灵手巧”的机身和主要子系统。这架高科技直升机将与NASA的“毅力号”一起部署在火星上。图｜Los Angeles Daily News

 另外“毅力号”探测器还将进行一个非常中的实验，它会携带着一个被称为“MOXIE”的工具——一种吞CO2吐氧气的测试版氧气生成器。这个实验的设计主要是为了证明人类能否就地取材通过火星上的CO2去取得氧气。

火星作为我们人类宜居环境的重点研究对象，如果真的未来我们想移居火星的话我们不可能把所有的氧气都运送上去，所以我们需要生产出这些氧气，这样的话才能够让人类在火星上能够有氧气可取。所以这是一个非常宏大的项目。

人类多年来一直梦想着有朝一日能够移居火星，并且和火星人做朋友。图｜Webby Feed

其实我还听说有第四个想要进行的火星探测项目。但是很遗憾的是，他们赶不上截止日期。因为众所周知，火箭发射去火星只有很短的、只有几周的窗口期。只有在这个短暂的窗口期里，地球和火星的轨道位置刚好适合人类带着1000到2000千克的工具去火星。

尽管我知道从历史的角度看，火星探测的项目成功或者部分成功的几率不到50%，但是我真诚祝福所有的项目都能成功。

地球的绕日轨道比火星小，速度也快。大约每隔26个月，地球绕着太阳运行一次，就会追上火星。在这个接近阶段发射航天器到达火星更经济，所需时间也更短。图｜Jarphys

希望我们都能在探索火星的过程中去学习和获得知识，并且我们未来也可以不断地有更多的重返火星的探测项目。祝大家都好运哦！能够重返火星也能够在未来有更多这方面探测的任务，也祝大家好运。

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编译｜Kai

责编｜羽华