火星迎來「熱鬧」的十天,三國探測器同時到達並非偶然,難道這是新一輪的太空競賽?

2021年2月18日美國東岸時間下午3時55分,美國太空總署(NASA)加州帕薩廸納(Pasadena)的控制中心傳出的一陣歡呼聲。美國「毅力號」(Perseverance)探測器成功降落火星表面的耶澤羅隕石坑(Jezero crater)。幾分鐘後,探測器立即傳回一張火星表面的影像回地球。

「毅力號」是今年2月的第三個抵達火星的探測器。較早時,阿聯酋的「希望號」(Hope)飛行器和中國的「天問一號」探測器已先後扺達火星的軌道,其中「天問一號」計劃在今年5月將一個登陸器降落到火星表面。

「毅力號」當日到達火星軌道後,以每小時兩萬公里的速度進入火星大氣層,並於七分鐘後成功登陸火星。

這個登陸過程被稱為「恐怖七分鐘」,因為火星大氣層厚度只有地球的百分之一。探測器以甚麼速度進入火星大氣、進入的方向和角度等都需要精凖的控制。例如穿越大氣層時,探測器必須減速,然後以正確的角度切入;角度太大的話,推進器會起火燃燒並融化,太小則會導致反彈。

耶澤羅隕石坑是一個闊四十五公里的盆地。科學家相信,三十五億年前,這裏曾經是一個大湖。他們希望從這些岩石樣本中,找尋生命痕跡。按照計劃,「毅力號」將開始為期兩年的收集岩石樣本任務。而到了2026,一輛由歐洲航天局(ESA)建造的「取貨車」會登陸火星,取回「毅力號」留下的樣本罐。

負責「毅力號」進入、降落和登陸(EDL)過程的美國太空總署工程師陳友倫(Allen Chen)說:「科學家在我們的登陸點耶澤羅隕石坑,看到的是令人鼓舞的科研前景:一條進出山口的古河道。大家都認為這正是有利尋找古代生命跡象的場所。」

此外,「毅力號」會首先放飛一架無人駕駛直升機「機智」號(Ingenuity),從星球的另一面進行首次飛行,並嘗試首度紀錄火星上的聲音。

今年第一個到達火星的探測器,是阿聯酋的「希望號」。它於2月9日進入火星軌道。該國規模雖小,但未阻其雄心勃勃的太空計劃。「希望號」同時為阿聯酋發射的首個太空探測器。

「希望號」預計會圍繞火星軌道運行至少一個火星年,其主要任務包括探測、研究火星大氣層。科學家希望通過這次探索,進一步了解火星空氣和水分流失的原因和過程。

「毅力號」發陸火星時拍得的照片(上)和「天問一號」傳回地球的照片(下)。

中國的「天問一號」探測器也於2月10日進入火星軌道,預計於今年5月把登陸器和探測車降到火星的烏托邦平原(Utopia Planitia)。「天問一號」任務的目標之一,是更好地了解該地區的冰的分布,因為將來火星的人類殖民者可以利用這些冰維持自身生存。

事實上,三個探測器在十天內先後到達火星並非偶然,而是與地球和火星的軌道有關。火星和地球都是以同一方向繞著太陽運轉,但地球繞太陽一圈需時365日,而火星則需要地球的687日,即一個火星年。

美國哈佛大學的天體物理和航天專家約拿芬‧麥杜維爾(Jonathan McDowell)解釋說:「火星和地球就像兩個在跑道上的跑手,地球是速度較快的一位,而火星則是外圈的跑手,所以地球和火星有時會並肩而行,有時則在賽道的相對位置。」

他又說,由於探測器從地球前往火星需耗費大量資料和時間,因此各國的航天部門都選擇火星與地球最接近的一段時間發射飛行器。地球和火星最遠距離可達4億公里,最近的距離則是5,600萬公里,而每隔二十六個月,地球和火星會到達最接近的距離,也是飛往火星的最佳時段,即所謂「窗口期」。

「希望號」、「天問一號」和「毅力號」都是在去年7月中至8月中的「窗口期」先後發射升空,因此2020年也被稱為「火星年」。

火星對於研究人員,一直是個極富吸引力的研究課題。在太陽系的行星中,火星在很多方面與地球有著相似之處。火星大氣的成分主要由二氧化碳組成,但密度卻只有地球的百分之一。研究顯示,數十億年前,火星和地球可能比現在更為相似,前者估計也有海洋和河流,甚至可能存在原始的細菌。然而隨著火星的大氣逐漸變得稀薄,大部分水分消失在空氣中,才演變成我們今天看到的模樣。可見了解火星對研究地球早期歷史和生命起源,有著重要價值。

人類在火星的探測任務,最早可回溯至1960年代,但多次行動都以失敗告終。1960開始,前蘇聯曾發射五艘探測器前往火星,均未能成功。1964年,美國的「航行者四號」(Mariner 4)在火星上空掠過,傳回了二十一張火星的照片。1971年12月2日,蘇聯的「火星三號」(Mars 3)登陸器成功在火星軟著陸,成為第一個抵達火星的探測器。

1976年,美國「維京1號」和「維京2號」登陸器先後在火星表面軟著陸。此後二十年,再也沒有探測器抵達火星,直到到1997年,美國發射了「火星拓荒者號」(Pathfinder),人類的探索科技才再次重返火星。「毅力號」此行收獲如何,大概要等到它在火星上收集的樣本運回地球之後才能知曉了。

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