文/廖医朝

各位观众朋友,大家好,欢迎进入《星辰大海探索》节目,我是非常道。
这个星光灿烂的晚上,我们一同聚焦中国航天的辉煌成就与未来梦想。
节目特别邀请到科技大拿AKS先生,来和我们一起分享他在航天科技方面的独到见解。
话题介绍众所周知,中国航天事业自20世纪末起步,短短几十年间,已从跟随者成长为全球航天领域的领跑者之一。
从“嫦娥”探月到“天问一号”成功着陆火星,每一步都记录着中国航天人的辛勤与智慧。
如今,中国航天正迈向一个新的高峰——火星采样返回任务。
这项任务将再次考验中国航天的科技实力,它也将在全球航天史上留下浓墨重彩的一笔。
接下来,我们将围绕这一历史性任务,探讨其背后的科技奥秘、战略布局和国际影响。
对话内容非常道:AKS先生,欢迎来到我们的节目。
看了话题介绍,能否先请您为我们简单介绍一下,中国计划在2030年前后实施的火星采样返回任务,它对中国航天事业意味着什么?
AKS:非常道,您好。
计划2030年前后实施的火星采样返回任务,是中国航天实力的一次集中展示,也是中国从航天大国迈向航天强国的重要标志。
如果成功,中国将成为全球首个完成火星样本带回地球的国家,这必定是技术上的巨大突破,也是对人类探索宇宙的一次重要贡献。
非常道:听起来非常振奋人心。
那么,中国航天事业的快速发展,从“嫦娥”到“天问一号”,这些成就对火星采样返回任务有多大支撑作用?
AKS:这些成就为中国航天积累了宝贵经验。
比如,“嫦娥”系列任务成功实现月球着陆和巡视探测,而“天问一号”则在火星表面进行了详细的地质和气候研究。
这些任务的成功,证明了中国在深空探测领域的技术实力,整体为火星采样返回任务奠定了坚实基础。
非常道:您此前提到了“天问二号”将对小行星进行伴飞探测和取样返回,这一步是不是为了给火星采样返回做热身?
AKS:没错,天问二号的任务是一次技术预演。
通过对小行星的探测和取样,我们可以验证和完善采样、封装、返回等一系列关键技术。
这将为成功完成火星采样任务打下坚实基础。
非常道:从专业角度说,火星采样返回任务中,着陆器和火星车需要面对哪些具体挑战?
AKS:火星采样返回任务的挑战是多方面的。
最直接的是,火星的环境极其恶劣,包括稀薄大气、复杂地形、极端温度变化等。
其次,自动采样技术、样本封装和火星轨道上升等环节都需要精确控制和创新技术解决方案。
此外,样本返回过程中的高温、高速飞行以及可能的碰撞风险,都是我们必须克服的技术难题。
非常道:在火星上采集样本时,钻孔装置需要达到多深才能获取有价值的地质信息?
AKS:钻孔装置的深度取决于我们想要获取的地质信息类型。
一般来说,几十厘米到几米的深度就足以获取火星表面以下的岩石与土壤样本。
这些样本可以为我们提供关于火星地质结构和成分的重要信息。
非常道:地质雷达在火星车上的作用是什么?它能帮助我们找到什么?
AKS:地质雷达是一种重要探测工具,它通过发射和接收雷达波来探测火星地表下的地质结构。
它可以帮助我们识别地下的水冰分布、岩石层的厚度和结构,甚至是可能存在的洞穴和裂缝。
非常道:光谱仪对于分析火星矿物成分有多重要?它能告诉我们火星的哪些秘密?

AKS:光谱仪是分析火星矿物成分的关键设备。
通过分析反射或发射的光谱,我们可以确定火星岩石与土壤中的化学成分及矿物类型。
这有助于我们了解火星地质历史、气候变迁以及可能的生命存在条件。
非常道:火星车上的微生物检测设备,它如有发现能不能证明火星上曾经存在过生命?
AKS:如果火星车上的微生物检测设备发现了生命迹象,那将是人类探索宇宙生命历程中的一大突破。
不过,这样的发现需要经过严格科学验证,国际学术界也必须形成共识。
非常道:火星轨道上升器怎样确保样本在火星轨道上实现安全转移?
AKS:火星轨道上升器需要具备高度可靠性和精确控制能力。
它需要在火星表面成功发射,将样本容器安全送达火星轨道,并与返地轨道飞行器(ERO)进行精确对接,确保样本完整和安全。
非常道:ERO返地轨道飞行器在返回地球过程中,遇到的最大难题将会是什么?
AKS:ERO在返回地球的过程中,最大的难题在于怎样确保样本容器在极端环境下的完整与安全。
这包括在进入地球大气层时的高温、高速飞行以及难以预知的碰撞风险。
非常道:地面接收站接收到样本容器后,第一时间要做的是什么?
AKS:地面接收站接收到样本容器后,首先要进行的是无菌处理和初步分析。
这需要在严格的生物安全条件下进行,以确保样本科学价值和安全性。
非常道:有观众问,火星采样返回任务的发射窗口选择为什么这么关键?错过会怎样?
AKS:大家都知道了发射窗口的选择非常关键,因为它直接影响到任务的成功率和成本控制。
地球和火星的相对位置每26个月才会出现一次最佳发射窗口。
错过这个窗口,不仅会增加任务难度,还将导致额外的时间和资源消耗。
非常道:火星车在有限时间内完成采样任务,它的工作效率和可靠性怎么保证?
AKS:火星车工作效率和可靠性是通过精心设计、多次测试来保证的。
从硬件到软件,每一个环节都必须经过严格验证,确保在火星恶劣环境下能够稳定运行,并高效完成采样任务。
非常道:样本返回地球的整个过程中,有没有可能因为技术失误导致样本丢失?
AKS:虽然技术上的失误不可避免,不过我们通过设计备份系统和冗余机制,尽可能降低这种风险。
另外,严格测试和模拟训练也有助于提高任务成功率。
非常道:如果火星车上的钻取工具损坏了,有没有备用方案?
AKS:当然,我们为火星车设计了多套钻取工具,并配有相应备用方案。
一旦主工具出现问题,备用工具可以立即投入使用,确保采样任务能够连续进行。
非常道:紧急情况下,火星车与地球之间的通讯中断,有没有办法恢复联系?
AKS:在设计火星车时,我们考虑了各种紧急情况。
如果通讯中断,火星车可以自动切换到备用通讯系统,并尝试重新建立联系。
与此同时,地面控制中心也会采取相应措施,协助恢复通讯。
非常道:火星样本有可能携带火星微生物,这对地球生态有没有威胁?
AKS:这是一个非常重要的问题。

我们在设计火星样本返回任务时,已经考虑到了生物安全问题。
样本返回地球后,会在严格的生物安全条件下进行处理和研究,确保不会对地球生态造成重大影响。
非常道:NASA的“毅力号”火星车和欧空局的“火星快车”有哪些经验可以借鉴?
AKS:NASA的“毅力号”和欧空局的“火星快车”都是成功的火星探测任务工具。
它们在火星表面探测、样本分析和数据传输等方面的经验,对我们的火星采样返回任务有着重要借鉴意义。
非常道:火星采样返回任务成功的话,对人类了解火星生命存在的可能性有多大帮助?
AKS:如果火星采样返回任务成功,将为我们提供前所未有的火星地质、化学和生物学信息,有助于解开火星生命存在的可能性及太阳系的起源之谜。
这就必然是科学上的一大步,也是本世纪人类认识宇宙的重要里程碑。
非常道:中国在火星采样返回任务上如果领先,对国际航天领域的格局会产生什么影响?
AKS:中国在火星采样返回任务上如果领先,无疑将提升中国在国际航天领域的地位。
这无疑将会促进国际合作,或许还能引发新一轮太空竞赛,推动全球航天技术发展。
非常道:如果中国实现了火星采样返回,这对未来载人登月和火星基地建设有什么样的推动作用?
AKS:火星采样返回任务如果成功,将为中国未来载人登月和火星基地建设提供宝贵经验与技术支持。
这将极大地推动中国在深空探测和太空探索领域的进一步发展。
非常道:中国航天在国际上的开放合作态度,是不是意味着会有更多国家参与到火星探索中来?
AKS:是的,中国的开放合作态度,为国际航天合作提供了广阔空间。
通过共享数据、技术交流和联合探测,可以促进各国在火星探索领域的合作,共同推动人类对火星乃至整个宇宙的认知。
非常道:火星采样返回任务中,哪些技术突破最让人兴奋?
AKS:火星采样返回任务中的技术突破包括高性能火箭发动机、精准导航与控制、高效能源供给系统、生物防护与样本污染控制等。
这些技术突破不仅对火星任务至关重要,也将对其他深空探测任务产生深远影响。
非常道:作为前辈,您认为中国航天的火星采样返回计划,对青少年的航天梦有什么样的激励作用?
AKS:中国航天的火星采样返回计划,是一次科技飞跃,对青少年航天梦能产生巨大激励作用。
它将激发青少年对科学探索的热情,鼓励他们勇敢追求自己的梦想,为未来航天事业贡献力量。
非常道:随着火星采样返回任务的进展,未来人类对火星的了解会带来哪些意想不到的惊喜?
AKS:随着火星采样返回任务的进展,我们对火星了解将日益深入。
从地质结构到气候变迁,从可能的生命迹象到资源分布,每一次发现都将带来意想不到的惊喜,推动人类对宇宙的认知进入到新的阶段。
结语今晚与AKS先生的对话,让我们对中国火星采样返回任务有了更深入的了解。
中国航天的每一步都凝聚着无数航天人的心血和智慧,也承载着全人类的希望和梦想。
我们共同期待,中国航天在不久的将来,为我们带来更多惊喜和奇迹。
再次感谢AKS先生的精彩分享,也感谢各位观众的陪伴,下期节目,我们再会。
#记录我的2024#
将一个人置于一艘以9.8米每二次方秒(约35公里每小时)的加速度在太空中飞行的火箭中,他的双脚就会像在地球表面受到重力作用一样牢牢贴在舱室地板上。
爱因斯坦引力与牛顿引力的区别 当然,以9.8米每秒平方的加速度持续直线加速,永远模拟重力,并不是一个非常实际的方法。
更佳的方法是利用离心加速度这一效应,即当人绕轴旋转时(例如在旋转木马上),会感受到一种向外的表观作用力。
这是斯坦利库布里克在他的电影《2001太空漫游》中所利用的现象,这部电影是历史上最优秀的太空和科幻电影之一。
在太空飞船上能否像《2001太空漫游》中那样产生人工重力?图片由SunsetBoulevardCorbisviaGettyImages提供 在电影中,海伍德弗洛伊德博士的航天器停靠在空间站1的轴心位置,该空间站是一个直径275米(900英尺)的环形结构,正缓慢旋转。
当他沿着其中一条辐射状走廊向外前行时,他的体重(即作用于身体的重力大小)逐渐增加,最终到达空间站边缘时,几乎与他在地球上的体重相当。
当然,这与地球上的重力并不完全相同。
如果弗洛伊德放下一个物体,物体不会直接落到地板上,而是似乎被偏转到与空间站旋转相反的方向。
这被称为科里奥利效应。
科里奥利效应说明了一个爱因斯坦所认识到的微妙之处:引力只有在非常小的空间区域内才真正无法与加速度区分开来。
这意味着,尽管我们能够模拟出类似地球重力的环境,但永远无法真正完美地实现。
相关知识(天文术语) 航天器是用于在太空进行科学探索、通信、运输等任务的飞行器。
BY: Marcus Chown FY: AI 如有相关内容侵权,请在作品发布后联系作者删除 转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处
于是,“宇宙模型错了”“大爆炸被推翻”这样的标题迅速出现。
一张深空照片,仿佛把几代人的理论同时掀了桌。
可是,如果你把那些小小的红色亮点放大,最关键的问题才刚开始:我们看到的光,到底由谁发出来?这处答案的差别,足以改变一整个星系的“体重”。
韦伯擅长观察红外光。
宇宙膨胀会拉长遥远天体发出的光的波长,原本较短波长的光,抵达我们时可能已经进入红外范围。
它能够帮助人类观察很早的星系,看到恒星与黑洞成长初期留下的光。
那里不是今天的现场,而是经过漫长旅程,终于到达望远镜的旧画面。
早期宇宙的麻烦,是时间不太够用。
气体要聚集,恒星要形成,小系统要成长,有时还要经历合并。
如果在宇宙诞生仅几亿年后的画面里,就出现许多看起来十分庞大的星系,研究人员当然会追问:已有的成长模型是否把某些过程算慢了?或者我们估计它们质量的方法,有没有偏差? 注意照片并不会直接显示质量。
望远镜接收到光,研究人员再结合距离、光谱与恒星模型,估计目标拥有多少恒星。
这个过程有点像夜里远看一栋楼,通过亮着的窗户估计住了多少人。
你得知道窗户平均有多亮,也得判断有没有一盏特别强的探照灯,把整栋楼照得比实际更热闹。
早期星系里的恒星,未必与附近星系的恒星具有相同年龄分布。
年轻的大质量恒星很亮,少量这样的恒星就能贡献许多光;尘埃又会改变不同波段的亮度。
即便确实来自恒星,怎样把光换算成质量,仍需要谨慎。
看起来很亮,可以是星很多,也可以是某些星特别能发光。
那盏“探照灯”还有一个更惊人的候选者:正在吞吃物质的黑洞。
黑洞自身不把内部的光送出来,但周围落入的气体会在复杂运动中变热并释放强烈辐射。
如果一部分亮光来自这种过程,却都被算成恒星发出的光,星系中的恒星质量就可能被高估,像把舞台灯也算成了观众。
韦伯发现的一类紧凑红色目标,被称为“小红点”。
这个名字几乎没有替它们做解释,只是把观测到的样子记下来。
它们很小、很红,有些光谱里还出现宽阔的氢谱线,提示发光气体有很大的运动速度。
正在吸积的黑洞,是解释部分目标的重要方向,但整类对象的性质仍有争论。
所以,把一张图里每一个红点都叫“过于巨大的星系”,会过早给它们定身份。
研究人员需要继续测光谱,查看不同波长的特征,比较黑洞、气体、恒星各自可能贡献多少。
第一张照片给的是线索,后续测量才逐渐拆开线索里混在一起的东西。
这也解释了为什么新闻里的结论会变化。
2024年,一项对韦伯早期星系的研究就强调,部分目标的光可能受到黑洞贡献影响,剔除这种干扰后,某些原先夸大的恒星质量可以降下来。
它没有让所有问题消失,却说明一个很现实的反转:所谓“宇宙没时间造出它”,有时可能是我们一开始把它估得太重了。
但别马上走到另一个极端,说这些发现原来只是误会。
即使修正了部分质量,早期星系为什么如此明亮、恒星形成效率怎样、黑洞为什么那么早成长起来,依然需要研究。
韦伯带来的价值,恰恰是让这些问题有了更详细的证据。
原本模糊的远方,现在终于能提出更尖锐的问题了。
这里还藏着一个层级差别。
宇宙学模型描述宇宙整体怎样膨胀、物质成分如何影响大尺度演化;星系形成模型则要处理气体冷却、恒星形成以及能量反馈。
后一层里某些参数需要修改,并不自动意味着前一层已经崩塌。
厨房里的烤箱温度估错了,不能立刻证明整栋楼的建筑图是假的。
当然,整体模型也不是不可挑战的。
假如大量独立观测持续出现无法解释的矛盾,就需要认真检查基础假设。
但要达到这一步,得排除测量偏差、目标识别错误和模型中的普通不确定性。
一个诱人的候选体,或者一篇刚出来的分析,还不足以替所有证据宣布最后结局。
远方目标的距离也需要核实。
几种滤镜中的颜色可以帮助挑选很遥远的候选星系,却可能被较近的尘埃丰富目标混淆。
光谱能提供更可靠的红移信息。
因此,你看到“最远候选星系”时,要留意候选两个字;完成进一步确认以后,才更适合拿它的年龄去检验宇宙成长的速度。
已经确认的早期星系同样令人吃惊。
例如韦伯对JADES-GS-z14-0的光谱观测,显示我们看到的是大爆炸后约2.9亿年的它。
这个具体例子告诉人类,很早的宇宙已经能形成明亮星系。
它不必被包装成“当天推翻全部理论”,也足以让研究人员重新琢磨气体如何快速变成恒星。
还有些研究,正在探索被浓密气体包围的黑洞,是否能解释部分小红点的表现。
听起来像科幻的“黑洞星”,在这里指的是一类模型解释,不是已经给每个红点确定了户口。
不同模型要接受光谱等观测的检验,哪一项能同时解释更多特征,哪一项才更有说服力。
对普通读者来说,这种一步步修正往往没有“理论全错”那么痛快。
可真实的探索就发生在这里:同一束光中到底包含多少恒星,多少发热气体,目标究竟多远?每答对一个问题,宇宙的历史就少一点模糊。
被修改的数值,是更接近真实的代价,不是科学不许承认的丢脸现场。
你还可以做一个小小的阅读检查。
新闻说“过于庞大”,究竟指尺寸大,还是推断的恒星质量高?说“太早出现”,距离有没有光谱确认?说“模型解释不了”,是哪个模型、哪组假设?这几个问题一问,许多看起来气势汹汹的标题,就会恢复成一项具体研究本来的样子。
目前,韦伯的早期星系观测正在推动对星系与黑洞形成的研究,不能据此断言大爆炸已被推翻。
未来也可能出现迫使我们进一步改理论的新证据,没有人能提前把门关上。
但改多少、改哪一层,应该由可重复的观测决定,不能由一张照片配上的惊叹号决定。
那张深空照片依然值得多看一会儿。
画面里的小亮点,有些把我们带到宇宙刚开始形成星系的年代。
人类第一次看清它们,就发现以前设想的成长过程可能还不够完整。
最让人想继续追下去的,其实是这个尚未结束的故事:在那么年轻的宇宙里,究竟是谁先把灯打开了?