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我國(guó)首個(gè)火星模擬基地項(xiàng)目將落戶青海省海西州大柴旦紅崖地區(qū)，這里擁有典型的雅丹地貌群，其獨(dú)特的地形地貌、自然風(fēng)光、氣候條件使之成為專家眼中“中國(guó)最像火星的地方”。
近日，我國(guó)首個(gè)火星模擬基地項(xiàng)目將落戶青海的消息，引來各界關(guān)注。據(jù)報(bào)道，該基地將集科學(xué)傳播、旅游觀光、體驗(yàn)休閑、科學(xué)實(shí)驗(yàn)于一體。當(dāng)?shù)刂鞴懿块T表示，希望將其打造成我國(guó)首個(gè)火星文化創(chuàng)意體驗(yàn)基地。
為什么要建火星模擬基地？這將對(duì)火星研究及深空探測(cè)帶來哪些影響？科技日?qǐng)?bào)記者采訪了相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥瑢?duì)此進(jìn)行了詳細(xì)解讀。
為什么建在青海
項(xiàng)目所在地——青海省海西州大柴旦紅崖地區(qū)，在專家眼中是“中國(guó)最像火星的地方”。記者了解到，該地區(qū)在地貌、地質(zhì)和物質(zhì)成分等方面都有類似于火星的特征。比如主要地貌為荒漠，植被覆蓋很少；地質(zhì)上分布著河流、湖泊干涸的沉積物；物質(zhì)成分中有大量氯化物、硫酸鹽等水流蒸發(fā)后的殘留物等。
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員鄭永春向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，這些特征有助于開展火星和地球的環(huán)境對(duì)比研究，根據(jù)對(duì)地球環(huán)境演變的認(rèn)識(shí)，通過反推，可以了解火星過去的樣子。他說，該地區(qū)以前的鹽湖干涸后留下了許多鹽類沉積，這和火星上水流干之后鹽類的沉積過程是相似的?？茖W(xué)家可以研究這些鹽類在什么條件下形成，通過鹽類沉積過程推斷過去水的鹽度、當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度。還可以根據(jù)流水作用的遺跡，推斷火星上曾經(jīng)的水流情況。
為什么要建火星模擬實(shí)驗(yàn)艙
如果說這種野外模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)是用天然形成的類火星景觀呈現(xiàn)火星的“外表”，那么科研人員建造的火星模擬實(shí)驗(yàn)艙，則能模擬出更多看不見的“內(nèi)在”。鄭永春說，火星的大氣壓力約是地球的1%，大氣成分約96%是二氧化碳；平均溫度最高約為20攝氏度，最低晚上可以達(dá)到零下100攝氏度，火星上的太陽光照強(qiáng)度比地球上更弱。這些環(huán)境條件都可以在艙內(nèi)模擬出來，以此開展實(shí)驗(yàn)。例如從野外模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)采集鹽類樣品，放到模擬火星環(huán)境下進(jìn)行結(jié)晶實(shí)驗(yàn)，看看火星的鹽類結(jié)晶順序跟地球上有何異同。還可以開展微生物生存實(shí)驗(yàn)等。
記者了解到，山東大學(xué)威海分?？臻g科學(xué)研究院行星科學(xué)團(tuán)隊(duì)，就利用火星環(huán)境模擬系統(tǒng)，在含氧氯化物相變特征與光譜原位表征方面取得重要進(jìn)展。該研究為火星表面物質(zhì)遙感、就位光譜的解譯、深入研究火星表面高氯酸鹽的起源新機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。
鄭永春表示，火星模擬實(shí)驗(yàn)艙通常不會(huì)太大，可根據(jù)不同的研究目的，用它模擬火星大氣成分和壓力、溫度、光照等環(huán)境條件。但也有些東西難以模擬。例如火星上極為微弱的磁場(chǎng)、只有地球三分之一的重力等，雖然并非完全無法模擬，但成本很高。
無論是野外模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)還是室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)艙，鄭永春認(rèn)為都將在火星科學(xué)研究中發(fā)揮作用?！巴ㄟ^探測(cè)數(shù)據(jù)，我們已經(jīng)知道了火星現(xiàn)在的樣子，研究的目的是要搞清楚它為什么會(huì)變成這樣?！彼f，已有許多證據(jù)證明火星曾經(jīng)有濃密的大氣和大規(guī)模的水，曾經(jīng)有溫暖濕潤(rùn)的氣候，為什么這些水都逃走了，是怎樣發(fā)展到這種狀態(tài)的，要了解這些，只能通過模擬實(shí)驗(yàn)把這個(gè)過程重現(xiàn)出來。
“研究火星可以給我們帶來很多的啟示：地球以后可能會(huì)變成什么樣子。”鄭永春說，火星和地球是太陽系里的“兄弟”，研究?jī)烧叩漠愅閰⒖迹菢O具價(jià)值的基礎(chǔ)研究。
為什么要開展火星模擬試驗(yàn)
除了在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，模擬試驗(yàn)也在航天工程中發(fā)揮了作用。航天專家、《國(guó)際太空》雜志社執(zhí)行總編龐之浩介紹說，針對(duì)火星探測(cè)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展過數(shù)次模擬試驗(yàn)。
2011年11月4日，包括中國(guó)志愿者王躍在內(nèi)的6名志愿者走出封閉艙，標(biāo)志著著名的“火星500”試驗(yàn)結(jié)束。龐之浩介紹，該試驗(yàn)由歐洲航天局與俄羅斯生物醫(yī)學(xué)研究所合作開展，模擬了250天飛往火星、30天登陸火星、240天返回地球的過程。這次試驗(yàn)主要對(duì)航天員在狹小艙內(nèi)長(zhǎng)期生活而造成的心理反應(yīng)進(jìn)行了研究，同時(shí)對(duì)地火距離帶來的通信延時(shí)，以及火星探測(cè)器的生保系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)。
2015年，美國(guó)在夏威夷莫納羅亞火山開展了為期一年的火星生存試驗(yàn)，這次試驗(yàn)?zāi)M的是航天員在火星基地里的生活。龐之浩說，該區(qū)域沒有動(dòng)物、植被稀少，跟火星環(huán)境相似。6名志愿者住在一間直徑11米，高6米的圓形艙內(nèi)，跟外界幾乎隔絕，只能通過延時(shí)20分鐘的電子郵件聯(lián)系。生活物資比較緊缺，每4個(gè)月提供一次物資，吃的是罐頭、奶酪粉、冷凍干貨等。另外每2個(gè)月提供一次水。志愿者有出艙任務(wù)，需要穿上沉重的宇航服，而且氧氣有限。試驗(yàn)中還模擬了幾次緊急事件，包括電力中斷、工具損壞、強(qiáng)輻射情況下緊急撤離等。龐之浩認(rèn)為，這次試驗(yàn)比“火星500”更真實(shí)，考驗(yàn)了志愿者的心理承受能力和應(yīng)急能力。 此外，國(guó)內(nèi)也開展了“月宮365”“太空180”等試驗(yàn)，都是模擬在太空的長(zhǎng)期生活。
對(duì)于人類未來的火星探測(cè)計(jì)劃，龐之浩認(rèn)為還有許多問題需要通過試驗(yàn)來解決。例如航天器在火星降落時(shí)的“恐怖7分鐘”，以及航天員經(jīng)過長(zhǎng)期太空飛行來到火星，微重力變?yōu)榈椭亓?duì)體液轉(zhuǎn)移、骨質(zhì)、肌肉的影響等。
他還介紹，我國(guó)嫦娥三號(hào)月球車開展地面試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)場(chǎng)模擬了月球土壤環(huán)境，并通過橫向和縱向的牽引，模擬了月球的重力環(huán)境。未來研制火星車時(shí)也應(yīng)該如此。
此外龐之浩表示，對(duì)火星大氣的危害，目前還沒有開展模擬研究。他說，這些危害主要來自三方面：浮塵、靜電和塵暴。浮塵可能引起阻塞，影響天線、太陽電池板熱交換器、火星服等。火星大氣雖然稀薄，但氣流速度很快，會(huì)帶來塵暴，有時(shí)能持續(xù)幾個(gè)月時(shí)間。美國(guó)第一代火星車旅居者號(hào)就是被塵暴覆蓋，導(dǎo)致無法發(fā)電?！斑@都是未來實(shí)施載人登陸火星之前要解決的問題。”他說。
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火星地形地貌什么樣
火星距離太陽22794萬千米，約為日地距離的1.5倍；自轉(zhuǎn)軸與軌道平面的夾角為24°，和地球一樣有著一年四季的變化。那么火星上真實(shí)的地形地貌是什么樣的呢？
熒惑似火
由于火星上的巖石、砂土和天空是紅色的，肉眼看去，火星是一顆引人注目的火紅色星球，這也是它的中文名稱的由來。
砂礫遍地
過去三十多年，太空船展示給我們的火星是一個(gè)多巖、寒冷、覆蓋在模糊的粉紅色天空之下的不毛之地?？茖W(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，今天的火星曾經(jīng)有過火山活躍時(shí)期、存在流星撞擊形成巨大隕石坑、以及瞬間洪水沖刷的痕跡等。
狂沙飛舞
火星上另一個(gè)奇異特征便是每年都要刮起一次讓人難以想象的特大風(fēng)暴，風(fēng)速之大是無法形容的。地球上的大臺(tái)風(fēng)，風(fēng)速是每秒60多米，風(fēng)速竟高達(dá)每秒180多米。大風(fēng)暴有時(shí)可以席卷整個(gè)星球?；鹦潜砻娴膲m暴，是火星大氣中獨(dú)有的現(xiàn)象，整個(gè)火星一年中有1／4的時(shí)間都籠罩在漫天飛舞的狂沙之中。
低溫干旱
火星上的平均溫度為零下23攝氏度，由于火星大氣稀薄而干燥，所以它的晝夜溫差很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地球上的晝夜溫差。因火星表面溫度低、壓力小，大氣中的二氧化碳和水大致都呈飽和狀態(tài)，只要?dú)鉁厣砸唤档?，二氧化碳和水蒸氣就?huì)凝結(jié)。
火星大氣中的水分極少，科學(xué)家估計(jì)，倘若把火星上的水冰全部融化成水，也只能在火星表面形成一個(gè)10米深的大海。與我們地球表面的波濤茫茫的海洋相比，火星上的水量就顯得微不足道了。
