火星上有不明矿物吗？它的天气体系是如何运行的？来自“火星观察家”人造卫星的答案将为人类的探索铺平道路

“火星观察家”人造卫星的出现标志着美国宇航局在停顿了17年后，又回头对这颗红色星球进行探索了。1975年发射的两颗“海盗”号飞船工作得极好。当它们在其后的一年接触到火星时，在红色天空下面两个着陆点的散布着乱石块的荒漠的远景风光的真实性，终于使人们决心对前几个世纪就曾经广为流传的火星人生活的较多空想概念来花费资金。由于平均日常温度为-50℃，火星表面1公里以上的深度为永久冰冻层。人们还极希望探索到生命，但是，轨道飞行器的标绘揭示出在一颗行星上97%的表面为大峡谷和火山的细部，巨大得比地球的半径还要稍大一些。

前十几年陆续发射的“海盗”号及4颗“水手”号飞船提供了对这颗很像我们自己行星的行星的最为迷人最为接近的观察，在月球之后，火星便是人类探索的下一个候选目标，派一个小组着陆火星的梦想迟早都会实现，1989年，布什总统将这一目标定在2019年，是阿波罗11号在月球着陆的50周年纪念日。但是，同月亮不一样，火星是一个动态的世界，能掀起从一个极地刮到另一个极地的席卷全球的尘暴。派出观察小组之前的先决条件是要系统地在接近区进行研究至少一个火星年——687年地球日。

由42名科学家组成的小组，主要是气象学家、地质学家及地球物理学家，正在急切地等待着“火星观察家”号发回来的第一批数据。弗莱德里克 · 泰勒（Fredric Taylor），在牛津大学的小组已经对金星和地球的大气进行过详细的研究，评论说：“我们很热心于首先对环绕这三颗与地球类似的星球的大气的主要特征做一番比较。“来自马里兰州哥达德宇宙飞行中心的詹姆斯 · 加文（James Garvin）正在期望着得到火星表面信息财富——我们将能够对戏剧性的火星大陆结构做直接的比较，如奥林匹斯山、威尔斯 · 玛林纳里斯（Valles Marineris）以及其它与地球相似的部位等等。”克里斯坦森补充说：“我们将能看得见1米，2米或者3米直径的东西……我们有可能找得到湖滨、河床或其它对生命有益的环境证据。”

火星上面有生命吗？

“火星观察家”号已于1992年11月25日从坎纳维拉尔角（Cap Canaveral）发射，进行11个月的星际航行。当于8月到达火星时，该宇宙飞船将首先进入一个很高的椭圆轨道。只要进行一番巧妙地调整就能过渡到一个近圆形的太阳轨道，在以后的4个月，经过一系列七次机动，就可以逐渐达到这一目的。

到11月中旬，一切应当准备就绪，开始进行科学实验，该宇宙飞船将能够在距火星表面378公里——这个高度足以低到既能获得清晰的照片又高到足以避开气候的牵扯，沿着一条与赤道成93°倾角的轨道每118分钟环绕火星一周。当火星在这个轨道的飞船下面旋转时，在每个火星日，它的整个表面都将会受到调查，持续24小时37分钟。

机载的光学摄像系统具有所有轨道人造宇宙飞船的最高清晰度，每个像素为1.4米。但是，具有如此详尽内容的图像将保留着某些特别有意义的特征，因为它有如此多的数据需要处理。用2台宽角相机将每天获得的低清晰度（每个像素为7.5公里）的全球照片，也能获得中等清晰度（每像素240米）的照片。

尽管“海盗”号飞船获得过所有资料，但是对于火星上矿物和化学成分的了解仍然是大概性的。“火星观察家”上面所载的两名仪器——伽马射线光谱仪（GRY）和热辐射光谱仪（TES）将填补许多空白。伽马射线来自于放射元素的自然衰减，来自于撞击火星表面的宇宙射线粒子。伽马射线能谱能够识别每一种化学成分。伽马射线光谱仪也能检测到水和二氧化碳等冰冻和极冠的挥发性材料的存在。

热辐射光谱仪在红外波段工作，在6~50毫米之间。“我们的眼睛看不到红外线，”克里斯坦森说，他是利用热辐射光谱仪的主要调查者。”但是如果人们有可能，我们将会看到那些岩石是非常色彩缤纷的，非常不同寻常，非常地独特。通过目视，我们可以看见岩石是非常平淡的，黑色、白色、灰色、棕色——但是，在红外光谱里，我们却可以用许多信息去识别不同类型的岩石和矿物。”巨大的矿物光谱库正在克里斯坦森的实验室里形成，以便将其与火星信息比较。热辐射光谱仪也能调查极地冰冠的季节变化及大气中的尘埃与云层分布。

火星有一种幻想性的大气，几乎完全都是由二氧化碳组成的。表面大气压比地球海平面大气压力的1%还要小，但是它却能产生高达每小时450公里的大风，扬起巨大的尘暴，形成云层，烟雾和冰霜。压力调制器红外线辐射仪将观察大气如何动作。泰勒希望能查清在冬季极地有1/3的大气被冰冻时，这颗星球的其它地方会发生什么变化，风暴是怎样刮起来的，怎样变成了全球性的。他还想搞清火星的天气系统以及风暴对表面气温的影响，证实空气中的灰尘是限制火星温室效应的一个非常重大的因素。

如果能对水星金星、地球及火星（四颗内环行星）的内部结构进行一番比较，对于我们了解太阳系是如何构成的及其后行星的进化等等是至关重要的。除冥王星之外，火星也是太阳系到目前为止未测出行星、磁场的唯一行星，已经获得的少量数据表明：任何有可能存在的磁场都要比地球的至少弱5000倍；如果这是正确的，火星几乎是必然地没有灼热的液体核心，“火星观察家”上面的磁力计将探测有可能存在的行星磁场。对其内部的更多了解将有助于地质学家去了解诸如火山现象的表面效应。

收集更多的科学数据是这次任务的最为显著的特征之一，数据处理与分析是这次计划的主要方面，克里斯坦森将其热辐射光谱仪与一个1971年“水手9号”携带的仪器相比较，那台仪器在十年半的时间里曾获得20，000份光谱资料。这台热辐射光谱仪在工作的前四个小时将摄取同样数量的光谱。在687天的绘图期间，“火星观察家”将发回大约900亿字节的数据，比先前所有的行星任务加在一起还要多。这一预料之中的财富有可能反映出美国宇航局理想的成本——效益比，并保证收集到足够的信息，以满怀信心地计划一次载人航行。

本次任务的另一个重要特点就是，科学家将能够利用互相作用的工作台，从其家中的机构进行工作。以前，他们全都必须到加利福尼亚的巴萨丹那的喷气推进实验室去，尽管先前的火星任务取得了成功，他们也并不自鸣得意。“我想，我们完全有发现完全不同于在地球上所碰到的新矿物的机会。”克里斯坦森说，在月球上曾发现过若干种新的矿物，而且克里斯坦森称：“对于新的发现来说，火星具有很大的潜力，只是这个过程较为复杂。”他也盼望能够告诉人们这颗红色星球的外壳是否真的由富铁矿物所主宰，或者这个与众不同的证据仅仅是一个薄薄的外壳。

“有一个很清楚的证据，火星上曾经有水流淌。有个大问号是水在火星上存在了多久？”克里斯坦森说，“如果我们到达火星，我们没能找到有盐或石灰岩沉积的证据的地方，于是我就认为：我们可以做出假设，很可能火星上没有大规模的水系。”但是，如果火星上在一段时间曾有过海洋或河流，那也很可能有过生命。克里斯坦森指出：这些生命很可能采取与地球上完全不同的形式。“有许多科学家，”他说，“都在争论火星上可能会有生命，我们还真不知道怎样去寻找它们。”

不管发现什么，火星作为另外一个可以被我们接触的世界，有着特殊的魅力。“到‘火星观察家’任务结束时，我们将对整个这颗行星的构成有一个十分好的概念。”克里斯坦森说，“与之相比，在地球上，仍然还有大量地区没有探索过。”

[New Scientist，1993年4月3日]