探测器列传：22.海盗计划
22:13 Share

了解科学 爱上科学欢迎收听科学时评话上次咱们算是一口气把金星探测器给讲完了接下来我们就继续回归到时间线了接下来讲的就是美国人的海盗号火星探测器了

我们习惯翻译成海盗号其实这个名字的本意是人家北欧的维京人取这个名字是为了强调北欧的维京人的探索精神对于我们来讲航海家跟海盗没啥区别所以习惯上我们还是称为海盗号

对了顺便提一句这几天美国加州正在闹山火烧得挺热闹喷气推进实验室刚好就在那个着火的地区就在帕萨迪诺他们官方网站上已经发出了紧急通知了就是大家全部撤离都远程办公而且是强制性远程办公

要知道火星上的毅力号探测器等等一系列的任务都在运行都要靠喷气推进实验室进行管理现在这些任务都已经转移到了备份设施了但是还有很多过去的资料和数据是搬不走的

因为有很多原始资料都是磁带甚至是纸质记录还有不少是胶片如果 JPL 的总部真的被一把大火全烧了那过去的这些数据遗产也就化为灰烬了还真是挺可惜的我看网站发布的时候大火距离 JPL 还只剩下几百米了估计他们这回是再劫难逃祝愿他们好运吧

扯远了咱们还是说回正题这个海盗计划启动其实也很早大概是在 60 年代就已经开始启动了这个计划一共是发射两颗探测器就是海盗一号和海盗二号

但是等到这个探测器真的造出来排上队还需要很长时间这个计划的主要工作呢就是完成火星着陆这个任务恰好就是苏联人自始至终始终也没完成的任务这次呢就轮到美国人来试一试了

苏联的火星系列探测器也曾经尝试扔下着陆器但是苏联人的运气实在是不好偏巧火星三号那一次火星上全是沙尘暴那也没办法着陆器必须按照原计划雷打不动的扔下去这个程序从一出发的时候就已经邪死了它没法更改

苏联人的火星探测器和金星探测器其实是大同小异的它流程差不多着陆器在飞往金星的途中它就已经分离开了然后着陆器和环绕器就开始各走各的你去着陆走着陆的轨道我去刹车减速绕圈圈这就是两回事了

对于金星来讲你这么做是没啥问题的因为金星上天气从头到尾都那模样它没有什么变化但是你把这套流程转到火星着陆上它就不对了因为火星上它是有天气变化的所以苏联人一系列探测器走这个流程就变成了死克斯一点灵活余地都没有了

因此美国人就接受了苏联人的这个教训海盗号就采取了折击登陆的方式也就是说你先要找一个着陆的地点还得挑一个好时机而不是一去就着陆当然这就意味着环绕器和着陆器就不能先分离而是要一起进入环绕火星的轨道待机而动

这就使得进入火星轨道的质量增加了用来刹车的火箭燃料也必须增加这个探测器整体也就跟着变大了因此就必须用最新的大力神三号运载火箭加半人马座上面级才能发射成功大力神三号这个运载火箭几乎就是为了 NASA 这几次重要的探测器任务而开发出来的

大力神三号第一次发射没成功它的涡轮泵有问题最后不得不发出了自毁指令但是第二次发射就已经一切顺利了成功的发射了一颗与希德合作的太阳神探测器这颗探测器成了当时距离太阳最近的一颗探测器它的距离缩短到了 0.29 天文单位这个距离比水星还要更加靠近太阳这也算是一个成就了

到此为止呢这个大力神三号就已经变得非常稳定可靠后续的什么海盗号啦旅行者号啦等等一系列的探测器都是由它发射的这个海盗号探测器呢分为两部分一部分是轨道器一部分是着陆器轨道器呢是一个直径 2.4 米的八边形盒子它的重量是 2.3 吨着陆器呢是个六边形的盒子下边呢伸出三条蘑菇腿这个蘑菇腿跨度达到了 2.1 米

它的重量达到了 1.1 吨所以这个探测器相当大你不用个大火箭还真的发不上去海盗号的着陆器呢配了一个长达三米的机械臂就是专门用来挖土取样的它肚子里面呢还有一只生物实验箱你别看这生物实验箱的体积不算大但是麻雀虽小五脏俱全里边装了一台计算机还有三个独立的自动化学实验室就是用来分析这些土壤的成分的

那个年头集成电路的技术不是太强一个集成电路做不了多少个元件上去所以这个探测器主要还是使用分离元件前前后后它用掉了 2.2 万只晶体管电阻电容之类的元件就用掉了 1.8 万个由此可见这东西还是挺复杂的

而且它里边还得有超小型的什么烘干箱啦什么太阳灯啦过滤器啦这些都是为了做化学成分的分析做准备的对了啊为了保证海盗号着陆器能够长期工作这个探测器用了核电池它并不依赖于太阳能电源这是它的一大优势啊美国人为了这两个探测器也算是下了血本了其实这个海盗计划本身吧它也有一点县里工程的意思

他们打算在 1976 年的 7 月 4 号那天登陆火星那天呢刚好是美国的 200 周年大庆为了制造这两个探测器吧 NASA 调动了 4 到 5000 人忙活了好几年临近发射前的那一两年它动用的人数更多达到了 1 万人涉及到的制造公司前前后后有 26 家投入的研制费用多达 9 亿美元那个年头的 9 亿美元真的是不少了

而且这笔钱还不包括两次火箭发射的费用火箭发射的费用是 1 亿 6 千万美元可以说美国人当时是真的很舍得花钱海盗号当时面临着几个难题首先是火星上的大气层特别薄只有地球的 1%你指望着完全靠降落伞实现减速那是不可能的你必须同时使用降落伞和反推火箭

而且这个着陆器还必须自带一个防热大底你别看火星大气层稀薄但是摩擦产生的热量却不得不防这就是火星着陆最麻烦的地方你三个都不能缺海盗号的着陆器就不得不带了一个直径 18 米的巨大的降落伞这可比降落在金星的降落伞大多了接下来的问题就是着陆点如何选择既然你要充分利用大气层的厚度来减速

你落到高原上那就不划算了你刚减速没多长时间你就落了地了那亏死你必须找一个低地平原这才划算另外你得找一个沙尘比较少的地方降落如果落地的时候掀起一大片尘土弄得自己灰头土脸这也不行美国人当时的数据来源就是水手 9 号的雷达数据和拍摄的照片

大家费了半天劲挑选了几个着陆地点但是即便如此呢也不敢保证绝对有把握

比如说你从照片上看这地方长得挺干净一点尘土都没有但是你怎么知道这个地方风速如何呢这个着陆器落地的时候啊风速不能太大太大了容易被吹翻了如果这个地方没有灰尘是因为风太大把灰尘全吹跑了那么这个地点显然就不合适了可是你拿肉眼看吧你也看不出这风速来

当然了最好是不要在火星的高纬度地区着陆因为从火星上看地球啊这地球也像是一颗普通的星星一样它也会东升西落的它也会从地平线上升起来然后从另一边落下去

如果这地球落山了落下去了这着陆器就没有办法和地球通信了因此呢你就必须找一个地球露脸时间足够长的地区才行所以中低纬度地区就比较合适了

当时美国人掌握的火星地表照片的分辨率不高一个像素大概代表 90 米近方这个分辨率完全不足以分辨地形的细节你哪石头多呀哪石头少呀都是一笔糊涂账但是呢这可以利用雷达数据来进行弥补如果这个地方土地很松软雷达反射率就低如果土地很坚硬特别磁石这雷达反射率就高

着陆地点呢就必须选在不软不硬的地方你要是土太软了吧一着陆陷进去了那就不行如果土太硬了吧你这还得打洞取样了是吧地太硬挖不动也不行最后呢选来选去海盗一号选了一个叫做克里斯的地方这个地方希腊语呢就是叫做黄金也叫黄金平原这是几条峡谷的交汇处看样子远古时代这儿是有水的

海盗二号选的地点呢是乌托邦平原也是一个过去曾经有水的地方说到底呢科学家们还是希望在火星上发现一点点过去生命存在的迹象这就是科学家们最大的兴趣所在了海盗一号呢是 1975 年的 8 月 20 号发射升空的海盗二号呢是 9 月 9 号

为了指挥和控制海盗号那个美国宇航局动用了国内 6 座直径 26 米的跟踪天线还动用了设置在国外的 3 座直径 64 米的超大型天线这个负责测控的人员前前后后就有 800 多人是参与了这次行动所以美国人真是下了本经过 10 个月的长途跋涉海盗 1 号在 1976 年的 6 月 19 日进入了环绕火星的轨道

你拔了拔了手指头算算日子啊眼看就快到美国独立 200 周年大庆的时间了但是地面测控人员发现过去选取的那个着陆地点呢不太理想但那几条峡谷的交汇之处啊好像不太平啊你硬要降下去的话万一栽了

那可就不是给美国独立 200 周年献礼了那是添堵不行所以这事要慎重要从长计议所以这个探测器在轨道上又多转了半个月最终选定在了克里斯平原上的另外一块地方这就不在那个峡谷交汇处了咱们找个平地吧

就是在 1976 年的 7 月 20 号这一天海盗一号释放了着陆器这个着陆器一头就冲进了火星的大气层在 6.4 千米的高度上打开了直径 18 米的巨型降落伞然后呢就抛掉了防热大底晃晃悠悠的在天上飘了十来分钟然后启动反推火箭扔掉降落伞轻柔的落在了克里斯平原上

接下来就是加州帕萨迪诺的科学家们沸腾了他们在为这个巨大的成功进行的欢呼和拥抱这些行为日后都会成为常规操作每次成功都这样着陆以后 40 多分钟海盗一号就发回了第一批照片这第一张照片就显示出了海盗一号的那个蘑菇腿稳稳当当的站在火星干燥的土壤之上这下大家算是彻底放心了落的地地方真是稳的

著名的科普作家卡尔萨根他是深度参与了海盗号的任务所以当他看到第一批照片的时候他非常震惊因为看到那个照片都是黑白的从黑白照片上看来这地方简直就不像是个外星球那儿的地形地貌看上去就是什么科罗拉多亚利桑那或者内华达都有类似的地方那些什么岩石飞沙还有远方的台地和地球上真的是别无二致

假如有个满头灰头发的考察队员牵着一头骡子从这沙丘后边走出来卡尔斯安根都觉得这不太惊讶这太正常了

你光看黑白照片多没劲呢还得看看合成好的彩色照片科学家们看了一看就发现当时火星上的气温只有摄氏零下 4 度而且刮着每秒 18 米的阵风火星的天空的颜色和地球上完全是不一样的那是一种非常漂亮的棕黄色后来通过分析才知道这是空气中尘土含量太高的结果说白了全是雾霾

着陆点是一个比较低洼的地方周围散落着很多的岩石块大石头还是挺多的

接下来海盗一号就开始挖土作业了先用机械臂从火星表面挖了一勺子土壤然后通过一个漏斗把它送进肚子里肚子里头不是有三个自动化学分析装置吗然后就对土壤进行了化学分析分析结果表明火星的土壤除了含有比较多的硅和铁以外还含有少量的钙 铝 硫 鎂 钛 钾等等元素

但是从火星的土壤里面没有化验出任何有机分子这一点是令大家非常失望的其他的探测项目也表明火星上找不到任何生物的迹象另外海盗一号还分析了火星的大气成分发现其中最多的是二氧化碳高达 95%其次就是氮气占了 2.7%还有少量的亚气氧气还有水蒸气等等

除了这些常规的化学分析呢其他几项实验的核心呢就是检测有没有新陈代谢这就是生命的标志了说白了就是弄了几种营养液把这个火星土壤呢跟营养液混合营养液都是事先经过杀菌的里面没有任何生命的迹象啊然后啊看看里边有没有啥变化比如说释放出某种气体啦或者是颜色发生啥变化啦

如果火星上的土壤里边有细菌或者其他某种生命它总是会在营养液里边生长的吧只要你有生命你有生命行为只要你会生长繁殖它必然会有性状上的某种变化当然了这种做法多少有点一厢情愿你怎么知道火星上的生命它就吃你这一套啊你这营养液成分对不对啊是吧

海盗二号的着陆器也在 9 月 3 号着陆在了 7400 公里之外的乌托邦平原上海盗二号也重复了海盗一号探测器干的那些事最终结果综合起来看和海盗一号是差不多的按照发射前设立的这个标准三项海盗号微生物实验中有两个似乎是取得了正面的成果

第一项试验呢当火星土壤与来自地球的这个营养液混合的时候这个汤里边的这个化学成分呢发生了变化这种变化呢有点类似于地球上微生物通过摄入食物产生代谢产物的过程

第二项试验就涉及到来自地球的某种气体比如说二氧化碳二氧化碳当然也不是来自于地球是来自于火星自己的就是要看看这些二氧化碳和火星上的土壤能不能结合在一起

结果显示这些气体与土壤之间发生了化学反应形成了新的有机物质这种情况通常是存在于植物通过光合作用把无机物转化为有机物的过程

如果说相距遥远的海盗一号和海盗二号探测器的结果都差不多那就说明这些现象是具有普遍性的但是这些现象依然不能判定是生命所导致的因为这些现象并不是说非要生命不可后来呢有科学家在地面上用无生命的黏土也复现出了海盗号上的实验现象

虽然说否定了火星上存在生命的可能性但是也提供了另外一种启示那就是黏土或许和生命的复杂化学反应是有关系的因为黏土提供了一个非常合适的有活性的化学环境海盗号还发现了一个现象那就是火星的土壤里面缺乏有机物这些有机物甚至比月球土壤里面还要少这个现象更加说明了火星上是缺乏生命的

假如啊假如火星上曾经有过大量生命那么这些生命即便是死了它也是会留下痕迹的

它们的尸体会逐渐的分解掉但你多多少少你会留下一点蛋白质吧对吧如果你蛋白质都没留下你横竖得留下点氨基酸吧是吧如果说你氨基酸都没留下你大分子的碳氢化合物总不会一点都不剩吧可惜火星上就是没这些玩意儿是一点都没找着

那么又有问题了有人就开始开脑洞了这生命是不是非要碳元素不可呢你怎么老纠结这个碳元素组成的有机物呢那能不能有其他生命形式呢这就是个哲学问题了目前看来啊没戏

总而言之这两个海盗号探测器一共发挥了 300 多万份气象报告和 5.45 万张火星照片这些资料和数据告诉大家火星实际上是一个荒凉的死寂的寒冷的遍布沙丘岩石和火山口的毫无生机的星球它虽然有大气存在但是却相当稀薄氧气更是少得可怜另外昼夜温差非常大

水源存在的希望也很小在这样恶劣的环境之中不要说是高级生命它就是低级生命它都活不下去因此多数科学家失望的认为火星上根本是不存在任何生命现象的所以科幻小说所描写的那些火星人那都是胡扯的

当然了这个海盗号也闹过一次乌龙事件那就是海盗一号的轨道器呢拍摄到了一张照片显示出地面是有座山这座山长得像个人脸结果这张照片就引起了公众极大的兴趣再后来嘛有了新的更高分辨率的照片大家才发现那座山头根本就不像什么人脸啊

咱们人类啊它有一种本能这个脑子里边吧它有一个专门用来识别人脸的模块所以呢我们就很擅长拟人化把很多似是而非的东西识别成人脸所以呢我们才能创造出这个卡通形象创造出各种表情符号你想吧那卡通形象啊表情符号跟真实的人脸差的老远了但是人就是能够产生脸相他就觉得哎这张脸长得还挺好玩的哎

但是你真的把这分辨率提上去了你增加了各种细节呀它看着反倒不像如果这个形象你做到个 90%以上的逼真程度但是又不是 100%逼真它人还会产生恐怖股效应看着怎么看着怎么渗的话这都是人脑的这种特性啊

海盗一号还在 1977 年顺便拍到了火卫一福波斯的这个照片也对这个家伙进行了光谱分析就发现这个家伙的成分组成越看越像是小行星跟这个火星本身差得很远但是从密度上来讲这家伙比小行星还要低说明这个家伙疏松而且多孔这就长得跟饼干差不多所以这一点上也很奇怪

很早就有科学家认为啊火星这俩卫星它不是亲生的啊它是从小行星带里头捡来的但是他又解释不了为啥这两个小煤球啊它这个轨道如此之圆如果是从小行星带俘获的一般来讲轨道都是长坡圆的所以到现在为止呢火星这两颗卫星的来源依然没有完全确定下来啊依然还是众说纷纭的

海盗一号的这个轨道舱呢工作到了 1980 年的 8 月 7 号着陆舱原计划工作三个月结果一直工作了六年半这超额完成任务 1982 年 11 月 5 号他拍了最后一张照片但是从 19 号起呢海盗一号的着陆舱就突然没有了任何信号 NASA 的行星与地球探索分布的副主任就感叹呢一个历史阶段结束了

海盗二号的轨道舱工作到了 1978 年的 7 月 24 号着陆舱工作到了 1980 年的 4 月份他们都很长寿工作的时间都很长海盗号火星探索任务的历史意义在于这是人类寻找地外生命的第一次严肃的尝试

尽管没能获得什么确切的证据更多的结果显示呢有点模棱两可你说有也行说没有也行但是这依然是人类的一次伟大的进步就在这两颗海盗探测器在火星上挖土的时候另外两颗旅行者号探测器也已经是蓄势待发了有关旅行者号的那档子事咱们下回再说科学声音