探测器列传：14.水手9号
23:29 Share

了解科学 爱上科学 欢迎收听《科学史评话》

上文书讲到在 1971 年这个火星穿口机美国人和苏联人各自发射了两颗火星探测器苏联人的火星二号和火星三号都发射成功了美国人的水手八号发射没几分钟就炸了但是后面的水手九号是成功的所以 1971 年一共是三个火星探测器几乎是前后脚出发奔着火星就去了

当然了这个苏联的探测器比较重因为苏联人的这个火星二号和火星三号啊各自带着一个着陆器呢所以整套探测器组合呢就比较笨重啊但重量足足有三吨重美国人的这个水手九号呢因为任务比较单纯嘛就是绕着圈拍照嘛所以这个探测器就比较轻啊重量才半吨

因此这个水手 9 号它就赚了便宜它速度比较快就实现了后发先至它飞了 167 天就到了火星附近了成功的进入了环绕火星的轨道比苏联人的火星 2 号早了 13 天比苏联人的火星 3 号早了 19 天

因为这个水手 9 号发射比较晚在路上走的时间呢比火星 2 号还短了 24 天呢所以啊这个探测器轻它真的就是赚便宜它就是跑得快这个水手 9 号一到火星准备好了以后就打开摄像机开始拍摄火星的照片了哪知道啊它是模糊一片除了几个山尖儿这样能识别其他的一律看不清楚

原来啊这火星上刮了一场席卷整个火星表面的超级沙尘暴所以咱啥也别想看了要知道啊很多人都在那眼巴巴等着呢啊这回能看清楚火星整个表面啊他这等着清晰图像呢结果一看啥也看不清这这没办法这这不是探测器的问题啊这是火星自己的问题人家不配合你怎么办呢

其实呢地面上的科学家曾经猜想过火星上会产生这种席卷全星球的超级风暴从地球上拿望远镜迪迪介确也发现过好像有一阵子就看不清楚火星表面的细节了这到底是怎么回事呢这回呢得到了验证了

对于专门研究行星大气的科学家来讲呢这种超级风暴它不是意外的事只是没想到这次刚好让水手 9 号就给撞上了那火星上为啥能有这么大规模的风暴呢主要问题还是出在火星这个了胜于无的大气层上你说它没有吧它真有你说它有吧它还真的不得用

我们的地球拥有比较稠密的大气层这个大气层就为我们地球提供了温度均衡的能力这热量是可以很快传递的这白天也就不会特别热夜里也不会特别冷这个大气层可以非常好的平衡光照那一面和阴暗那一面这个月亮上它没有大气层它亮面和暗面的温度就相差特别严重

白天能到零上一百多度夜里能到零下一百多度唯一的好处是既然没有大气层漫你也谈不上什么空气流动了也就不用考虑什么风不风的问题了但是这事吧你到了火星上你就不能不考虑

火星的这个大气层啊它仅仅只有地球大气层的 1%这么稀薄的大气它压根就没有保温的功能大白天赤道附近的温度呢可以达到 27 度这个温度也还可以了但是夜里就能够冷到零下 100 多度平均的温度呢大概是负的 55 度左右

可是吧偏偏这个大气层它又不能忽略它还是会形成风的亮面和暗面的温差达到 100 多度亮面的空气受热膨胀暗面的空气它受冷收缩白天和夜晚的气压差能达到 10%这大气明显存在潮汐起落的现象

这热气会上升啊它向上飘周围冷空气呢会过来补充因此就形成了风地表附近的气温和高层大气的气温呢还是有温差的亮面和背面呢也有巨大的温差火星上的气压和温度都不平衡就会导致火星上特别容易出现大规模的风暴

不过呢这个规模达到席卷整个火星表面也并不是太多了平均是六到八个地球年三到四个火星年才会出现这么一次但是吧这种局部性的小规模的风暴那就是家常便饭了经常刮火星上的风速呢经常能够达到十级风的标准但是你别忘了啊

火星的气压是很低很低的所以风速快它也不顶用地球上只要有个四级风这个你就可以出去放风筝了但是在火星上怎么的你也得 17 级大风才能放风筝呢没办法这大气太稀薄都想吹都吹不动

所以说呢火星上能够刮起沙尘暴其实尘埃颗粒并不大我估计也就跟那雾霾差不多它能飞沙但是绝对不能走石这石头是吹不起来的

但是火星大气上下对流非常强太阳一晒近地面附近的大气温度特别高高层大气又特别冷所以上下温差就跟地球上的雷雨云差不多了尘埃颗粒被搅合起来送上高空它想落下来那可就难了它上面没有下雨这空气里面的灰尘没法被洗下来它只能在上面长时间的飘着所以

火星上一旦刮沙尘暴那持续时间就特别的长特别夸张那没办法呀现在唯一的处理手段就是傻等着呗你就老老实实等吧

就在这个时候苏联的火星二号探测器它也来了它晚了两个礼拜是吧苏联人的探测器也顺利的实现了反推刹车被火星引力给捕获了进入了围绕火星的轨道从这个角度来讲火星二号也算是成功的但是火星二号的轨道修正出了点误差

因为苏联人当时采用的星力数据是不对的所以呢经过修正以后火星二号的轨道比预计的更低了一点火星二号的轨道有误差这就导致他释放的那个着陆器的轨道也不正常

这个着陆器长得有点像个飞碟因为火星存在大气层啊所以着陆器就得带反推火箭也得带降落伞反正什么都得带上为了避免着陆器和大气摩擦产生的高热量这个着陆器必须有一个防热大底防热大底嘛长得像个盾牌看上去可不整个就像飞碟了嘛

按照我们的想象应该是这个火星二号先踩刹车进入环绕火星的轨道以后然后选一个合适的时机再把这个着陆器给它扔下去可是苏联当时他不是这么干的

他还没有进入环绕火星轨道的时候就先把这着陆器给分离出来了这时候啊火星二号本体轨道器和着陆器那就是两码事了那就是各走各的阳关道了我去着陆你去环绕这就等于啊一点缓和的余地都没有了

着陆器就必须第一时间开始着陆进程所以火星二号轨道有误差就会连累到这个着陆器的进入角度所以呢这个着陆器就是在着急忙慌的情况之下它开启了着陆之旅这个轨道角度啊它太垂直了你就是直接往地上摔呀那减速的路径太短你斜着飞吗利用大气层多转几圈多减减速

他这不是他直接就下来了这降落伞刚打开还没充分减速呢这着陆器就落了地了这等于直接给摔扁了嘛至于怎么个具体过程对不起看不清下边刮沙尘暴呢这苏联人也想不到这火星上刮沙尘暴啊这五月份出发的你九月份火星上开始刮风那计划他又没法变更那就只能听天由命了吧

好在呢这个火星二号的轨道器倒是顺利的进入了环绕火星的轨道啊还可以留在太空继续拍照片啊但是拍回来的照片一看哎呀这个曝光过度了这没法看呢这有用的数据实在是少得可怜苏联人老在这问题上的犯错误

过了五天以后这火星三号来了这火星三号的情况就相对好一点了起码轨道修正它比较精确在探测器到达火星之前的 4 小时 35 分这着陆器就和这探测器本体分离了这时候距离火星还有 7 万多公里了

这两边呢就开始各自执行自己的任务这火星着陆器啊还带了一个小号的火星车啊这东西只有几公斤重啊只能限控屁股后边拖个尾巴然后就只能绕着这个着陆器周围瞎转悠火星三号的着陆器呢倒是成功的降落到了火星的表面啊这次倒是没摔扁

着陆 90 秒之后这个着陆器就开始向飞过头顶的火星三号本体发射数据了但是 14.5 秒之后它就失联了发回来的数据呢也不完整前前后后只发送了 79 行的电视扫描线而且全都是杂乱无章的色块数据完全没有意义这就等于白登陆了嘛是吧到底下面发生了啥事呢

大家不知道没办法挂刹车包啥也看不清楚苏联的这个降落流程啊它就不太合理啊它没有任何任务弹性了即便是下边再挂刹车包你也得一脑袋扎下去这个火星三号本体啊它倒是的的确确成功的实现了刹车进入了环绕火星的轨道

但是这个轨道也不太正常在距离最近的时候是 1530 公里但是在距离最远的时候是 19 万公里说白了火星三号的轨道是一个偏心率非常高的长椭圆

原本计划是 25 小时就绕着火星转一圈现在倒好轨道周期 12.8 天即便是你想给火星拍个照也得趁着距离最近的时候拍几张远了就没法拍了这个过程就相当于你一边蹦极一边拍照你必须等到你落到最低点的时候咔嚓咔嚓拍几张然后你被皮条给拉上去的时候这就不能拍了然后等着下一轮再来你说这个过程它太难受了呀

这一来一回您得走小半个月小半个月拍一次这探测器寿命才几个月你能拍几次所以这种环绕器最好就是绕着一个高度非常低的圆轨道运转是最好的你现在弄的这轨道跟彗星似的你这效率就太低点了

相比之下人家美国人的水手 9 号入轨精度就相当高所以呢人家就可以绕着火星啊转小球圈你只要撑着点你只要熬过这场沙尘暴那就一定会有很重大的科学成就

这个水手 9 号呢就只能这么干等着啊隔三差五的拍两张照片啊让地面的人员参考一下啊这沙尘暴 game over 了没有啊一拍发现没有啊那继续等一直到了 11 月底这沙尘暴已经开始减弱了完全平息呢就是 1972 年的 1 月份的事了啊

反正从水手 9 号时不时发回来的照片上大家可以看到啊有几个火山口非常的明显啊在沙尘暴里面显得特别亮这些火山口啊非常的高大以至于它们远高于沙尘暴之上

其中有三座稍微小一点是一字排开间距均匀三座火山排成一条线中间相隔 700 多公里后来这几座山被称为塔尔西斯山群所以这片高地也被称为塔尔西斯高原

这三座山包不是连成一条线吗在这条线的垂直平分线上有一座特别高大特别显眼的火山后来被称为奥林匹斯火山这个火山呢长期以来都是整个太阳系最高大的山峰了

等到沙尘暴完全消退以后科学家们终于看到了火星的真面目原来火星的地形非常复杂不仅有大量火山口还有古老的河床有美丽的大峡谷和巨大的撞击坑谁说九号呢那种高大的火山他就发现了 20 多座基本上每一座都比地球上的火山要更大

同时呢这个水手 9 号也发现了火星上有冰晶云有沙尘暴有雾有雪还有风听着还挺浪漫的其实这地方还真的挺冷这是一个相当复杂的星球在整个太阳系环境也仅次于地球了

于是呢一个老生常谈的问题又被问出来了火星上有生命吗水手 9 号前前后后一共拍摄了 7329 张照片覆盖了火星表面的 80%的面积

可以算是为我们提供了一手的资料苏联虽然也发射了两颗火星探测器但是这个火星二号拍出来全曝光过度了这不能要啊这火星三号前前后后只拍了 60 张照片这数量上就完全没法比了所以苏联人在火星探测上屡屡吃瘪有关火星的大部分知识都是美国人提供的

水手九号最大的一个发现就是火星表面一道长达 4000 公里的超级大峡谷深度超过 7000 米这道深深的伤疤几乎切割了火星四分之一的周长由此可见这个东西的规模有多大这条大峡谷后来就以水手九号的名字来命名叫做水手大峡谷咱们地球上也有一道巨大的伤疤叫做东飞大裂谷

但是这条裂谷啊它并不是完全连续的它中间有错位尽管总长度达到 6000 公里比水手大峡谷要长但是连续长度是不如人家的东非大裂谷深度呢是 2000 米比人家 7000 米还是要小得多因为地球上呢有风化侵蚀作用啊这这都很强这个高山深谷时间长了呢

都会被大自然给摸秃了所以呢咱们地球上的所有景观都不如其他星球上大这也是很正常的事儿

东非大裂谷和红海以及亚丁湾刚好构成了一个三岔路口在这个地区呢地下有一个超级热点正在逐渐的撕裂陆地但是这个三岔路口呢只有其中两岔能够被逐渐拉豁开逐渐扩张成大洋另外一岔呢会发育失败最终呢是无法被拉豁的它变不成大洋

红海和亚丁湾实际上已经长出了原始的阳中脊它未来是可以被逐渐拉开的会被拉豁这个东非大肋骨呢这一刹就拉不开了所以东非大肋骨实际上是发育失败的结果那么火星上的这道水手大峡谷它到底又是怎么来的呢那火星上有没有类似地球的这种板块活动呢看上去像它又不太像

就拿那个奥林匹斯山为例啊这个东西呢长得像一个倒扣的盘子它扁塌塌的它一点也不威厄壮丽因为呢坡度实在是不算大啊它这坡度才 5%虽然比周围的地面高出来 2.1 万米但是只有在太空才能看出哎呀这个东西太壮观了你站在山头上啊这种感觉是不强烈的

这种火山叫做盾状火山说它是倒扣的盘子不好听嘛你说它是锅盖也不好听嘛那还不如盘子呢这盾牌就霸气多了啊

这东西呢它也不是一天两天长得这么高的很明显这个火山口冒出来的岩浆在附近留了一地这块地面就逐渐高了一点嘛然后下次火山继续喷继续在火山口周围浇筑出一片高地日积月累就形成了这座基座特别宽广坡度很缓慢但是绝对高度非常高的一个巨大山体

那问题来了你浇筑出这么大一个大盘子那时间肯定不短吧估计怎么的也得长了上亿年才能长出这么大

如果火星上有板块运动这座山长到一半这个板块一运动它塌了或者是地层错动了或者是有其他啥板块变化它最后这火山盾牌它长不成这样了你想想啊这房子一边盖一边祸害那盖出来能像样吗是吧

所以呢现在这个奥林匹斯火山呢它长得这么对称啊这么规则就说明它的成长过程中没有受到太多干扰那也就是说起码在奥林匹斯山生长的这个阶段里面火星是没有剧烈的板块运动的那么问题又来了那水手大峡谷到底是怎么来的呢这奥林匹斯山和水手大峡谷的距离呢并不远中间只隔着一个塔尔西斯高原

对了这个塔尔西斯山群的三座火山呢几乎都是排在一条直线上而且大小都差不多间距非常均匀这个现象也不太可能是巧合而且它东北方向的延长线上还有几座小火山这就说明这个地方的地下一定有某种地质结构但是我们目前还不知道到底是咋回事儿

目前科学家们提出了一种猜测就是说这道峡谷就和东非大裂谷相似是 35 亿年前地下热点导致塔尔西斯高原隆起这个结果就导致旁边的地层薄弱环节产生了塌陷于是就出现了一道裂缝一开始这裂缝也没有这么太夸张但是后来在流水不断的侵蚀作用之下这道伤疤就被越火越大了

当然了这道伤疤也有过好几次驾身的机会它也不是一蹴而就火山活动的活跃期它也不是一次两次

小天体的撞击也可能起到了推波助澜的作用最后才留下了这么壮观的一个景象总而言之这个裂谷它不是单一原因造成的说白了就是这个地方被祸害了不止一次除此之外谁说 9 号还发现了大量干涸的河道这个网状结构就特别像地球上的大小水系这显然是过去流水冲刷的痕迹看起来

看来在火星的过去并不是像现在的这个样子似乎火星也有一个温暖湿润的过去当然这都是很久以前的事了因为火星上的火山早就停止喷发了水也都不见了只是因为火星没有特别剧烈的板块活动空气也稀薄侵蚀作用也弱这些痕迹就如同放进电冰箱一样就一直保存到了现在对了水手 9 号还顺便给火星两颗卫星拍了个照片

这俩卫星都长得跟煤渣一样这外观不太规则尺寸都是 11 公里左右它远远比不上咱们的月亮是吧

过去大家都认为这两个家伙呢都是从小行星带捕获的流浪者被火星收了是当干儿子了但是这个理论呢他也有问题就是因为这俩卫星的轨道太圆了如果是被捕获的小行星这轨道应该是严重偏心的那种长椭圆火星能力有限啊他又不足以把这两颗卫星的轨道给他整理成圆形的啊他

他按理说应该是长途远所以现在就有问题了后来大家就改变了看法有可能是小行星与火星发生了一次碰撞最后呢就产生了这两个外挂裂走地球当年不也和那个一个火星大小的行星叫特伊亚发生了剧烈碰撞最后呢整个大家都融合在了一起崩出去的渣子形成了月球嘛

但是这碰撞跟碰撞的结果还是不太一样了这个火星碰了就没得出什么大月亮当然了这也只是其中的一种解释而已不管怎么说吧这个水手 9 号显然是收获满满这也使得 NASA 信心十足于是他们就制定了下一步的计划美国人也要发一个探测器到火星上去着陆

一直到 1972 年的 10 月底因为水手 9 号调整自太用的气体耗完了 NASA 这才宣布这任务正式结束了已经 game over 了有关火星探测这档子事儿只能等下一个窗口期了目前只能先去干点别的同样是在 1971 年苏联人对于月球还是不抛弃不放弃他们发射了月球 18 号和月球 19 号

月球 18 号发射失败了月球 19 号取得了成功这颗探测器是一个更加先进的月球轨道环绕器主要是研究月球的重力梯度兼顾拍照任务这都是烧在脚的事儿

接下来呢苏联人又发射了月球 20 号这颗探测器实现了第二次在月球上无人采样返回只是这一次打洞遇到了玄武岩这钻头打不下去只能适可而止了最终就获得了 55 克的样品这才一两多点实在少了点不过整个任务还是比较成功的啊

美国人因为这次火星任务比较成功所以他们又把目标对准了火星轨道之外的小行星带和木星所以呢他们就把过去那个先驱者计划给翻出来了继续使用这个任务代号

这一次美国人的探测器就不仅仅拜访小行星带和木星了它们还有可能飞出内太阳系那么应该给这颗探测器准备点什么仪器呢我们下回再说科学声音