什麼是 火星“天氣預報”？

中國氣象數據網

國家氣象信息中心（中國氣象局氣象數據中心）

“春光明媚，歡迎光臨火星。”

國家航天局公布“天問一號”獲取的首幅火星圖像

（圖源：國家航天局）

2月10日，中國首次火星探測任務“天問一號”探測器順利實施近火制動，完成火星捕獲，正式踏入環火軌道。

2月19日，美國“毅力號”火星車在火星成功著陸，將尋找火星上可能存在過的生命跡象。

2月22日，NASA發布了首個來自火星的音頻，是“毅力”配備的麥克風捕捉到陣風的微弱爆裂錄音。

2月24日發布了一張“毅力”號火星車在火星著陸點的壯觀全景圖。

在“天問一號”探測器接近與登陸火星的時候，

它可能會收到這樣一份天氣預報
：

今日最高溫度為-16℃，最低溫度為-73℃，

平均大氣壓823Pa，紫外線輻射水平居中，

春光明媚，歡迎光臨火星。

不過，當“天問一號”火星車上的氣象儀器開始工作後，會傳回更准確的火星天氣數據。

01

為什麼人類要探測火星？

火星探測的科學價值十分突出。

僅從氣象學家關心的角度來看，隨著如今我們對火星的認識，從大氣層、表面到內部結構，從火星過去、演化到現在都有了一些了解，科學家會將火星作為地球的“樣板”。

畢竟，在太陽系的八大行星中，火星與地球距離較近、二者有著相似的自轉周期、火星上還有春夏秋冬四季更迭；2018年，科學家還在火星南極冰蓋下發現了液態水的存在證據。

科學家渴望了解：

是什麼原因導致火星失去了水？

它怎樣從一個藍色星球變成現在一片荒漠的紅色星球？

其大氣環境是如何演化的？

火星的今天有沒有可能就是地球的明天？

▲此前機遇號發現的“藍莓”（赤鐵礦結核）

和石膏脈（水合硫酸鈣礦物）

均是火星曾有過溫暖濕潤環境的證據。

02

“毅力號”去火星都有哪些任務？

“毅力”號於2020年7月30日升空，在曆經203天飛行後抵達火星，是NASA造訪火星表面的第9個探測器，也是迄今為止最宏大的火星車探測任務，旨在尋找火星遠古時期可能存在過的生命跡象，探索火星的地質和氣候特征，為未來人類探索和登陸火星探路。

“毅力”號將是首個從火星采樣以供送回地球的探測器，它從火星上采集的岩石和土壤樣本未來將在其他火星探測任務中被帶回地球。

“毅力號”是美國首個以天體生物學為重點的火星探測任務，它的目標
是詳細研究火星早期宜居性環境，尋找過去生命的跡象，並且識別和收集最有價值的岩芯和火壤樣品，以便未來可以將它們帶回地球進行更詳細的研究；“毅力號”還將測試未來人類登陸火星所需的技術。

03

火星“天氣”如何？

季節

此時“毅力號”所處的位置正是火星的春天
。由於與地球具有相似的傾斜自轉軸，火星上也有冬去春來的季節變化。火星上的一年相當於687個地球日
，每個季節大概都要比地球上的長一倍。火星繞太陽公轉的橢圓軌道比地球的偏心率更大，因此火星南北半球的四季差異更加顯著
。

氣溫

然而，不似地球寒來暑往，火星的四季基本都是寒冷乾燥的。火星表面平均溫度為-46℃
，在不同的季節和時刻，其溫度也會發生較大變化。在冬季，兩極的最低溫度為-143℃，在赤道的夏季中午最高溫度為35℃。火星大氣非常稀薄，其表面大氣壓不足地球的1%，再加上火星到太陽的距離更遠，導致火星的地表平均溫度遠遠低於地球
。

大氣成分

火星的大氣成分也與地球迥異。地球大氣層的氧含量約為21%
，相比之下，火星大氣中的氣體主要是二氧化碳（96%），氧含量只占0.13%。成功登陸火星的“毅力號”攜帶了一個制氧設備“莫克西”（MOXIE），它將首次測試把火星大氣中的二氧化碳轉化為氧氣的技術。如果能“就地制氧”，以後人類去火星就可以輕裝上路了。

如今，已有多個軌道器和著陸/巡視器對火星天氣狀況開展監測。

抵達火星前的“火星艦隊”

今年2月9日，阿聯酋的“希望號”
火星探測器成功進入火星軌道，它將在距離火星2萬公里至4.3萬公里之外眺望火星，獲得全球首張火星大氣全景圖。

如今，“毅力號”
所攜帶的7種主要科學儀器中，也有專門測量火星天氣信息的儀器——火星環境動力學分析儀（MEDA），它不僅可以測量風速、風向、溫度和濕度等天氣參數，還可以測量火星大氣層中塵埃顆粒的數量和大小。

我國將在火星北部平原著陸的“天問一號”
火星車上也攜帶了“火星氣象測量儀”，可以獲取巡視區的溫度、壓力、風速、風向等數據。
隨著更多的火星車在不同的地點著陸，我們將會獲得更為全面的火星天氣數據
。

04

“天問一號”的探測任務是什麼？

從具體研究內容來看，“天問一號”要研究的“課題”包括：

火星形貌與地質構造特征

火星表面土壤特征與水冰分布

火星表面物質組成

火星大氣電離層及表面氣候與環境特征

火星物理場與內部結構

搭載在“天問一號”環繞器上的7種科學載荷，完成了從火星地下約100米深的淺表層區域至火星表面、大氣圈層、電離層、6000公里高度磁層-太陽風區域的全球性覆蓋式探測。

在接下來的幾個月中，它們返回的珍貴資料將成為進一步揭示火星生命、火星環境氣候演化的研究的重要助力，也將為我國未來火星探測提供經驗與基礎。

“毅力號”火星車

05

登陸火星面臨氣候等考驗

從1960年到2019年，火星探測任務總共進行了44次
，其中成功及部分成功的有22次
。隨著探測技術日漸成熟，尤其是近20年積累了大量高精度高分辨率數據，人類在火星的內部結構、地貌與地質構造特征、空間大氣結構等諸多方面取得了豐碩成果。

同時，我國行星科學的快速發展亦為火星探測乃至更廣泛的深空探測提供了更加專業的人才儲備和科學指導。未來，機器人與載人任務協調發展是火星探測的一大趨勢。

雖然火星探測已經取得了令人矚目的成就，但仍有許多未解之謎需要人類進一步去探尋與解鎖。載人航天已有60年的歷史，這為載人登陸火星積累了豐富的經驗。

然而，火星氣候惡劣，往返時間要經曆近1000天
，比登月時間長一百多倍
，遙遠的航程和惡劣的空間天氣環境將是未來載人登陸火星面臨的巨大考驗。

最後，讓我們期待3個月後“天問一號”順利著陸火星表面。