 “天问”出自《楚辞》，作品对天地、自然和人世等一切事物现象进行想象与发问，从宇宙之本源，到阴阳之俱化；从天地之构造，到星辰之往亘。以“天问”作为工程名称，厚植于中华民族传统文化精髓，易于接受，便于记忆和传播，也彰显了中国人迈向更远深空的决心和毅力，引导公众特别是青少年树立热爱科学、崇尚科学的理想情怀。 那么，为什么要探测火星？火星上有生命么？人类的祖先来自火星？  作为太阳系的行星之一，火星距离地球的距离最近5000多万公里、最远4亿公里。出于对外太空和地外生命的好奇，以及火星与地球在环境等方面的相似性，人们对火星探索一直抱有浓厚兴趣。研究火星可以给人类带来很多启示。火星是太阳系中与地球环境最为相似的行星，火星不仅有大气，也有适宜的温度，还和地球有着相似的自转周期。研究火星与地球的异同，互为参考，是极具价值的基础研究。 不少科普著作和文学作品都不厌其烦描述过火星，似乎这个神秘的星球和地球生命包括人类起源有极大的关系。这个一直吸引着无数人特别是青少年的好奇心。火星上真的有过生命么？我们的祖先难道是从火星上移民过来的么？ 美国著名行星科学家乔尔·莱文（Joel S. Levine）博士曾经发表过一个TED演讲，题目是“为什么我们要重返火星”，非常精彩。今天在这里跟朋友们分享以期对于探索宇宙和火星有更加深入的了解。本文后面附有这次演讲的录像资料。  乔尔·莱文（Joel S. Levine）博士（1942-）是国际公认的行星科学家，在地球和火星大气层中拥有卓越的专业知识。他在美国兰利科学局担任高级研究科学家的41年职业生涯期间为许多NASA计划做出了重要贡献。他对火星和地球大气层的科学理解做出了无与伦比的贡献，并在确定未来火星探索活动的科学目标方面一直发挥着领导作用。 以下是他本次演讲的内容： 我要谈一下46亿年的历史，仅用18分钟。也就是每分钟3亿年。  让我们从NASA获得的第一幅火星图片开始。这是Mariner IV从火星飞过拍下的照片，拍摄于1965年7月14日。当这幅照片公开时，著名的科学杂志《纽约时代》在编者栏中写道：“火星毫无吸引力, 一片死寂。NASA不应该在火星探索中浪费更多时间了。”幸运的是，我们在NASA华盛顿总部的领导们更有眼光。我们开始了对这颗红色星球的大规模研究。  在所有自然科学中，核心问题之一是“地球之外是否存在生命？”我相信火星是最有可能存在地外生命的地方。我将在几分钟为大家呈现一些令人惊异的数据，这些在表明着火星上可能存在生命。不过还是让我们先从一张海盗号(Viking)火星探测器拍到的照片开始吧。这是一张由海盗号(Viking)火星探测器所拍到的照片拼接而成的照片。海盗号(Viking)火星探测器由NASA Langley研究中心研制并维护。1976年夏天我们发射了2个卫星和2个着陆探测器。我们共计有4个航天器，其中2个绕火星飞行，2个着陆于火星表面，这是一个令人惊叹的成果。  这张照片是(人类)在所有地球外的其他行星的地表拍摄的第一张。这是由海盗号(Viking)火星登陆探测器在火星表面拍摄的一张照片。是的，火星(the red planet)确实是红的。火星的大小是地球的一半，但是由于地球的2/3被水覆盖，火星的陆地面积和地球陆地面积相当。所以，火星是非常大的地方，虽然它只有地球的一半大小。我们已经拥有火星表面的地形测量数据，知晓海拔的差异。 我们知道很多火星的信息。火星拥有太阳系中最大的火山Olympus Mons。火星拥有太阳系中的大峡谷Valles Marineris，非常非常吸引人的星球。火星有太阳系最大的环形山Hellas Basin。足足2000英里宽。如果在撞击物撞击到火星时，你刚好在火星上，那真是在火星上度过的悲惨的一天。这是Olympus Mons，它比亚利桑那州还大。  火山非常重要，因为火山产生大气和海洋。我们现在看到的是Valles Marineris，这个太阳系最大的峡谷，足以把美国版图覆盖在上面，3000英里长。火星最迷人的特性之一， 按照美国科学院所说的宇宙十大神秘之一，是火星的特定区域具有如此之强的磁场。(这个磁场)我们称之为地壳磁场。火星上的一些区域或许有什么原因，但我们不知为何会达到此种程度，其地表具有非常非常强烈的磁性。  火星上有水吗？答案是没有，现在没有液态水存在于火星表面上。但有一些有意思的证据显示火星早期可能曾经有河流和快速流动的水。目前火星非常非常干燥。我们认为在极冠下存在一些水。这是北极和南极极冠。这是一些近期的照片。来自勇气号(Spirit)和机遇号(Opportunity)。这些照片显示火星表面曾经存在流动非常迅速的水。为什么水很重要？水很重要在于生命离不开水。水是在进化中的关键因素，是一个星球上的生命起源。  这是南极和Olympus Mons的一些照片，非常相似的特性，冰川。这是固态水。这是火星的冰水。这是我最喜爱的照片，刚刚拍摄于几周前，目前还没有公开发表。这是欧洲宇航局火星快车号(Mars Express )探测器拍摄的一个环形山， 在环形山的中心我们发现了液态水，我们发现了冰。非常有意思的照片。  目前我们认为火星早期，大概46亿年前，火星和地球非常相似。火星曾有河流、湖泊，更重要的是火星曾有星球大小的海洋。我们认为海洋曾经位于北半球。这些蓝色区域显示的是约4英里的深度，曾经是火星表面的古海洋区域。火星上海洋大小的水究竟去哪儿了？那么，我们有一个猜想。这是几年前我们通过一个名叫奥德赛号(Odyssey)的绕火星卫星探测到的数据。火星表层下的水，固体化为冰的形式。这里显示的是百分比。如果是蓝色，表示这里比重达16%。内部按重量计算的16%包含冷冻水或者冰。所以，在表层下存在大量的水。  我认为最有趣并且最令人困惑的测量结果是今年早些时候在科学杂志上发表的。我们现在看到的火星大气层中天然气、甲烷、CH4的百分比。可以看到有三个明显的甲烷区域。为什么甲烷很重要？因为在地球上几乎所有的99.9%的甲烷是由生命系统产生的，不是外星人，而是地表下面或者地表的微生物。目前我们拥有证据表明甲烷存在于火星大气中，而这种气体在地球上是生命起源之初由生命系统产生的。这是三个羽状物A,B1,B2。 这是它的地形。地质学的研究告诉我们：这些区域是火星上最古老的区域。事实上，地球和火星都有46亿年了。地球上最古老的岩石仅仅36亿年。对于产生10亿年偏差的原因，在我们地质学的理解上是源于板块的构造。地球的地壳曾被反复改变过。我们没有早于前10亿年的地质记录。但相关记录在火星上存在。我们现在看到的这个地形可以追溯到46亿年前，那是地球和火星形成的时候。那是个星期二。 这个地图显示火星表面我们曾经放置上宇航器的地方。这是海盗一号(Viking I)，海盗二号(Viking II)。这是幸运号(Opportunity)，这是勇气号(Spirit)，这是火星探路者号(Mars Pathfinder)，这是凤凰号(Phoenix)，我们两年前刚发射的。注意，我们所有的漫步者和登陆者都曾去过北半球。那是因为北半球是古海洋盆地区域。那里没有太多环形山，那是因为水保护盆地免受陨石的影响。来吧，我们看看南半球。南半球有著名的撞击坑，还有火山坑。这是Hellas Basin，地质上非常奇特的地方。看看甲烷所处的地方，甲烷在非常粗糙的地形区域。 解开火星上存在的秘密的最好方法是什么？我们10年前提出了这个问题。我们邀请了10位顶级火星科学家到Langley研究中心做客两天。在板子上我们重点提出了目前没有解决的主要问题。我们用了两天来给出这个问题的最佳解答。我们的会议结果是火箭动力机器人飞船，我们称为ARES。它是一个航天区域尺度级环境检测器。这是ARES的模型。这个是5：1的模型。 飞船由兰利研究中心设计。如果说世界上有一个地方能够建造一架能够在火星上飞行的飞机，那就是Langley研究中心，它有近100年的历史，是顶级世界宇航中心我们在表面飞行了大概一英里。我们覆盖了几百英里，以每小时450英里的速度。我们可以为漫步者所不能为做登陆者所不能做。我们可以从山脉，火山，环形山上方飞过。我们从峡谷上上方飞过。我们能够从表面磁场，极冠，地表下隐藏的水上方飞过，并且我们能够在火星上寻找生命。 但是，同样重要的是，当我们在火星的大气层中飞行时，我们传输旅途的数据，这场地球外的第一次飞机飞行的旅途，并且将那些图像传回地球。我们的目的是鼓舞美国民众，那些正通过纳税为此行动付钱的人们。更重要的是我们将激发下一代的科学家，科技人员，工程师和数学家。那是国家安全和经济复苏的重要领域，确保我们培养出下一代的科学家，工程师，数学家和科技工作者。 这是ARES飞跃火星时的样子。我们事先对它进行编程。我们将飞跃这些甲烷存在的区域。我们将为飞船装备设备，每三分钟对火星大气进行采样。我们将寻找甲烷以及其他由生物系统产生的气体我们将明确定位天然气从何处释放。因为我们能够测量产生甲烷的地区的梯度。这样我们能够指导下次任务在正确的区域着陆。 我们怎样将飞船运送到火星的呢？用两个字来说：谨慎。问题在于，我们并非驾驶它去火星，而是将它放入宇宙飞船，然后发射到火星。宇宙飞船的最大直径是九英尺。ARES翼展21英尺，17英尺长。那么我们怎么把它运到火星？我们把它折叠，然后放入宇宙飞船。我们将它放入叫做减速伞的一个东西中。这就是我们的办法。我们有一段视频可以表现这个过程。（视频附件） 佛罗里达州肯尼迪航天中心报告，宇宙飞船将花费9个月才能到达火星。它进入火星大气层，产生大量热量，摩擦发热。时速为每小时1万8千英里。减速伞打开，用来减速，隔热瓦脱落，飞船首次进入大气层，展开，火箭引擎启动。 我们深信经过一小时飞行我们将重新书写教科书上关于火星的部分通过记录火星大气层的高精度测量数据，在生物区寻找天然气，在火山区寻找气体，研究火星表面，研究表面的磁场，那些都是目前我们未知的，正如许多其他的区域。 熟能生巧。为什么我们说我们可以完成这项计划呢？因为我们已经测试了ARES模型，八年中在NASA Langley 研究中心的十几个风洞的半数中测试了数个模型，在模拟火星条件下。 并且，同样重要的是我们在地球大气层中测试了ARES，在海拔一百万英尺的地方，相当于火星上大气浓度和压力，这个将来真正进行飞行的环境。一百万英尺，如果你乘坐飞机飞到洛杉矶你是在3万7千英尺。我们的测试是在1百万英尺。 我将给你们展示我们的测试。这是?大小的模型。这是高海拔氦气气球。这是在俄勒冈州Tilamook。我们把折叠起来的飞船放到气球上。升到那个地方需要大概三个小时。在一百零三万英尺高度 根据指令释放它。展开飞船，一切进行得很完美。我们完成了高海拔和低海拔测试，全是为了使这项技术完美。 这里有一个比例模型，不过我们有一个全比例模型保存在NASA兰利研究中心。我们整装待发，目前所需要的只有NASA总部的支票来支付花销。我打算捐献今天演讲的酬劳来完成这项任务。事实上在这项计划上每个人都没有任何酬劳。我们是ARES团队。我们拥有约150位科学家和工程师，我们与火箭推进实验室戈达德宇宙飞行中心，Ames研究中心和6所相关大学和一些企业一起开发这个计划。 这项计划是巨大的付出。这都在NASA Langley 研究中心内。我总结如下：离此处不远，就在北卡罗莱纳州Kittyhawk大街，略早于100年前历史被创造于当我们拥有了地球上第一架自有动力飞行的飞机时。 时至今日我们即将获得突破去制造第一架飞行于地球大气层之外的飞机。 我们准备在火星上起飞这架飞机， 重写教科书的关于火星章节。如果你想知道更多信息，我们的网站描述了这个令人激动而迷人的任务，还有我们为什么想进行这个项目。非常感谢。 以上分享的是Joel S. Levine博士的演讲。关于这次演讲的视频资料附后，时长大约16分钟，供有兴趣的朋友观看。 最后，祝愿“天问”火星探索计划圆满成功！中国加油！“天问”加油！ 为什么我们要重返火星/Joel S. Levine
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