踏上火星探测之路.ppt

主要内容：,一、对火星的初步认识 二、美苏（俄）对火星的探索历程 三、对火星探索的意义 四、探索火星未来之路,一、对火星的初步认识,火星位于太阳系，距太阳最近的第四颗行星（1930年由美国天文学家汤博发现的冥王星曾被认为是大行星，但随着一颗比冥王星更大、更远的天体的发现，2006年8月24日召开的国际天文学联合会第26届大会将其定义为矮行星。 ）。,1、火星是八大行星之一。,2、火星的形态、自转与名称,自转：火星每24小时37分自转一周，与地球相差无几。 名称：火星表面为红色土层，离远看像红色球体，由于它发出特殊的红光而令人侧目。中国古代称火星为“荧惑”，西方古罗马的神话中，把它比喻为战神“玛尔斯”，希腊神话中又叫阿瑞斯。,形态：火星是地球的近邻，是与地球最相似的一颗行星。 它们都有卫星，都有移动的沙丘、大风扬起的沙尘暴，南北两极都有白色的冰冠，只不过火星的冰冠是由干冰组成的。,3、火星的卫星：火卫一和火卫二。,火卫二是太阳系中最小的卫星。离火星23459千米，直径只有15千米，公转周期是30小时18分。在火星的夜空中，你可以看到“双月悬天”的奇景。,火卫一,火卫一离火星中心9450千米，直径为20多千米，公转周期为7小时59分，比火星自转快得多，所以从火星上看，它每天西升东落两次。,它们差不多就在火星的赤道平面上运行，样子活像两个“病马铃薯”，表面布满了陨星坑，反照率很低。轨道都不稳定，火卫一有加速现象，轨道不断降低，而火卫二却在慢慢远离火星。,4、火星的四季变化与温度,（3）火星大气十分稀薄，密度还不到地球大气的1%，因而根本无法保存热量。这导致火星表面温度极低，很少超过0，在夜晚，最低温度则可达到-133。火星的内核是个冷却的球体，不能产生保护火星的磁体。,（1） 火星上有明显的春夏秋冬的四季变化，这是它与地球最主要的相似之处。,（2）火星表面是一个荒凉的世界，空气中二氧化碳占了95%。浓厚的二氧化碳大气造成了金星上的高温，但在火星上情况却正好相反。,5、火星整体概况,6、奇特的火星地貌之一,岩石纪念碑的宽度大概5米,岩石纪念碑所在的火星具体位置,火星表面发现“巨石纪念碑“ 猜测存在生命体,09年7月18日美国拍到火星维多利亚火山口照片宽800米,之前在火星表面曾勘测到“火星之脸”,6、奇特的火星地貌之二,火星被称为红色的行星，这是因为火星表面布满了氧化物的大沙漠，因而呈现出铁锈红色，还有赭色的砾石地和凝固的熔岩流。常有猛烈的大风，形成可以覆盖火星全球的特大型沙尘暴，每次可持续数个星期。,09年6月15日美国拍到火星表面“旋风”照片，是一种小型的旋转上升气流，含有灰尘或沙子。,火星“沙尘暴”显现五彩斑斓视觉效应,6、奇特的火星地貌之三,火星上存在的神秘化学反应过程会阻碍生命的活动的进行,火星可能存在的恐怖化学反应是对生命理论的巨大挑战。,美国公布的火星大气中甲烷浓度分布图（甲烷迅速瓦解到大气中，人类无法生存）,6、奇特的火星地貌之四,令人目眩的“沙丘”（赤铁矿珠子形成）,火星“蓝眼睛”,有“火星人”？,火星上的“蓝莓果”,二、美苏（俄）对火星的探索历程,自20世纪60年代以来，对火星的空间探测不断获取新的发现。近50年来，苏联（俄罗斯）、美国、日本和欧洲共计划了30多次火星探测，其中三分之二以失败告终，但研究一直没有排除火星上有生命存在的可能性。 进入21世纪，美苏（俄）更是加紧了对火星的探索。国际天文学界在新世纪空间探测的第一个重头戏也是火星。,（一）人类探测火星历程主要是美苏（俄）对火星的探索历程。,（二）美苏（俄）对火星的探索具体历程,“火星1号”探测器在飞离地球1亿公里时与地面失去联系，从此下落不明，它被看作是人类火星探测的开端。,1、1962年11月1日： 前苏联发射“火星1号”火星探测器,2、1964年11月28日 ： 美国“水手号“火星探测器,1965年月15日,“水手号”飞近火星，从距离火星万公里处拍摄了21幅照片，发现火星上存在大量环形山，火星大气密度只有地球的，火星既没有熔化的铁核也没有磁场。 1969年,美国“水手号”又发回75张照片。,水手1号探测器（1962年6月22日 ）原计划探测金星，但因出现故障而被摧毁。 “水手2号” （1962年8月27日）是美国第一只成功的星际间探测器，是世界上第一个到达火星附近的星际间探测器。其任务在于试图飞越金星并传回此行星之大气、磁场以及质量等数据。水手3号（1964年11月5日）原计划飞越火星以获取火星表面的照片，但由于太阳能电池板不能展开而无法正常工作。,3、1967年6月14日 ： 美国“水手5号”探测器,原是“水手4号”的备份探测器，原任务目标也为火星。因“水手4号”成功得完成了任务，“水手5号”的目标被改为金星。 由于安装了比“水手2号”更先进的探测器，在1967年10月17日达到距离金星最近处，它传回的数据、火星相片更加丰富和详细。,4、1969年 ： 美国“水手6号、水手7号”火星探测器,它们重量外型均相同，是人类首次同时派两艘飞船去探测火星。 它们环绕这颗行星的赤道和南极地区运行，“水手6号、7号”共拍摄的200多幅照片表明，火星表面的温度比预想的更低，火星大气中二氧化碳含量高达95，水蒸气几乎难以寻觅。,水手7号,水手6号,5、1971年5月28日： 前苏联发射“火星3号”宇宙飞船,1971年12月2日进入火星轨道后，环绕火星运行12.5天后在火星表面软着陆； 它是人类第一个到达火星的探测器。 “火星3号”宇宙飞船弹射出带有苏联标志的登陆舱，不过登陆舱在登陆火星时坠毁。,6、1971年11月22日： 前苏联“火星2号”宇宙飞船, 飞船传回的讯息：火星上没有“火星人”，也没生命踪迹发现。火星上布满了沙丘、岩石，干燥，寒冷。火星上的大气基本上是二氧化碳。,无人驾驶的“火星2号”宇宙飞船把一个着陆器送到火星上，这是人类第一次派到这个星球上的“使者”。,火星2号着陆器,“水手9号” 是人类史上第一个环绕其他行星轨道的太空船,成为火星的第一颗人造卫星（“水手8号”发射失败）。 成功拍摄了火星全貌，发回7329张照片，确认火星上并不存在运河，火星的一个半球上有许多环行山，外貌很象月球，另一个半球则比较平坦。,7、1972年5月： 美国“水手9号“ 火星探测器,8、1974年： 苏联“火星4、5、6、7号”宇宙飞船,1973年至1974年期间，苏联接着又向火星发射了四艘宇宙飞船。 “火星4号”和“火星5号”宇宙飞船都试图绕火星轨道运行，但只有“火星5号”最后成功。“火星6号”试图在火星着陆时坠毁。“火星7号”也没有达到预期的目标，探测结果没有公布。,9、1975年： 美国“海盗1号” “海盗2号“探测器,“海盗1号”是人类发射的探测器第一次成功登陆火星。把火星探测活动推进了一步。 “海盗1号”和“海盗2号”探测器分别于1976年7月和9月成功地把着陆器降落在火星上。 它们共发回了近50000张图像，研究了火星的土壤，进行了气象测量，并搜寻生命存在的证据。,海盗1号,海盗2号,(1) 1988年：前苏联“福波斯1、2号”探测器失去联系,据悉，自“福波斯2号”传回这张令人震惊的图像后，就和地球突然神秘地失去了联系。“福波斯2号”惊人的最后照片令人对它失踪的原因产生了怀疑，根据苏联专家的说法，它可能被什么东西摧毁了。,“福波斯2号”,福波斯1号(1988年7月7日)和福波斯2号(1988年7月12日)的主要目的是为了探测火星卫星福波斯（又称火卫一）。 福波斯1号在前往火星途中失踪，原因是出了无线命令错误。,福波斯2号最后发回地球的图像，竟是一个巨大的圆柱形“太空船”照片-一个估算有25公里长、直径1.5公里的雪茄状“母船”，它就悬浮在火星卫星“火卫一”的下方。,10、1988年1996年：多次失败,（2） 1992年：美国“火星观察者”失踪,1992年9月25日，美国“火星观察者”号探测器发射升空，但这个探测器在1993年8月进入火星大气层前与地面失去联系。,（3）1996年：俄罗斯“火星-96”航天器发射失败。,美国“火星观察者”,俄罗斯“火星-96”航天器,11、1996年12月4日： 美国发射“火星探路者”探测器,携带“旅居者”火星车的“火星探路者”号飞船启程。经过长达4.94亿公里、历时7个月的长途旅行后，它于1997年7月4日在火星阿瑞斯平原着陆。 首次让此6轮火星车漫游火星。此微波炉大的火星车探测了附近的地形，发回了数千张火星地表照片，是一次完整的成功。 发现火星与地球一样，也有山脉，有丘陵，有沟谷，甚至还有陨石坑。,火星探路者,旅居者火星车,1998年底和1999年初发射的四枚探测器最终都以失败告终，包括日本的希望号探测器、美国的火星气候轨道器、火星极地登陆者和深空2号。,12、2001年4月7日： 美国发射“奥德赛”火星探测器,主要任务是测定火星表面的成份，寻找水和冰，研究火星的辐射环境，以确定在这颗红色行星上是否存在生命。 2002年，“奥德赛”发现火星表面和近地表层中可能有丰富的冰冻水，但这一问题目前存在争议。 还对火星首次进行了大规模的地质勘测，目前仍在工作。,13、2003年： 美国发射“勇气”号和“机遇”号火星车,6月10日发射“勇气号” ，次年1月4日在火星表面成功着陆，它的主要用来对火星水形成的原因进行研究，以期证明科学家关于火星上有水以及生命的设想； 年7月7日 “勇气号”的孪生兄弟“机遇号”火星车发射升空。 “机遇”号着陆后将对火星矿物质进行勘察，以期证实火星形成早期曾存有高温热水的设想。,勇气号,“勇气”号成功登陆火星,“勇气”号的传奇经历,“勇气”号曾因数据存储器问题，一度失去与地面联系。 设计工作寿命仅3个月，却历经磨难，挺过了生死考验。工作时间超过原计划的20倍。,在超过5年的探测中，“勇气”号和“机遇”号获得了关于火星环境的重要发现。它们上山下坑，行程总计21公里，传回了25万张火星照片，克服了沙尘暴和硬件老化带来的种种困难。,勇气号自救：到一个名为“家园平地”北边缘的斜坡上过冬。以足够倾角增加太阳能电池板吸收太阳能的效率。从2004年6月到07年11月所经历的路径。,靠太阳能运作的“勇气”号于2009年的一次例行任务中陷入了沙坑，尽管做许多尝试，但它仍然卡在沙坑中，当火星上冬季来临时，“勇气”号由于不能转向太阳一侧导致动力不足，从此陷入“冬眠”状态，至今仍未能唤醒。,14、2007年2月25日：欧洲航天局的“罗塞塔”彗星探测器靠近火星,欧洲航天局的“罗塞塔”彗星探测器靠近火星飞行，顺利完成利用火星引力调整飞行速度和轨道的任务。,15、2007年8月4日： 美国发射“凤凰号”探测器,进行了5个多月的火星探测活动（已完成探测使命）之后，“凤凰”号与地球失去联系，它将就此长眠在这颗红色星球上。,凤凰号登陆图,2008年5月26日在火星北极区域登陆，连续不断地向地球发回数据，它收集了冰样，而且还发现火星表面土壤的化学成分与海水非常类似。,火星取样中发现冰,凤凰号行进探测中,16、2011年11月26日： 美国发射好奇号火星探测器,任务：探测火星环境是否适合生命生存？是否曾经适合生命生存？ 动力：核动力利用钚电池作能源。 特点：造价高（达25亿美元） 、新一代（被称作是“火星科学实验室”）、体积大（相当于一辆中型轿车）、质量大（总重达到1吨左右）。,模拟着陆,好奇号,模拟着陆,17、其它国家和地区的火星探测,(1)1998年7月3日：日本发射“希望”号探测器。 使日本成为世界上第3个发射火星探测器的国家，但“希望号”由于的电源系统损坏于2003年12月9日被迫放弃。,(2)2003年6月2日：欧洲 “猎兔犬2号”火星探测器,三、对火星探索的意义,总述：我们人类目前所居住的地球面临着气候变化，污染与资源短缺等的问题，这些其实都是可以克服的问题，但人口激烈增加却是无法避免的，所以在21世纪，我们必须要到达外太空进行发展以防止人类文明在下一个冰河时期（地球表面覆盖有大规模冰川的地质时期。两次冰期之间为一相对温暖时期，称为间冰期。 ）消失。,1、寻找火星生命存在的痕迹,火星是地球上人类可以探索的最近行星，火星轨道与地球较近，地球上能够存在生命，那么火星呢？ 宇宙星系万亿，每个星系又有数以百亿千亿的恒星，到底有没有像地球这样适合生命诞生和演化的行星呢？,火星乱石中竟然发现了类似人类头骨的物体,南极火星陨石中存在火星虫状生物化石,火星陨石显示可能存在细菌化石,火星上发现盐田，可能证明火星上曾经有生命存在,探测表明，火星上有干枯的河川，有水曾流过的痕迹。意味着在远古时期，火星可能存在过生命。 探索生命存在的痕迹是目前人类探测火星的重要课题之一。,2、探寻火星水的存在与去向,科学界主要有两种观点：火星表面的水可能存在于火星的地表以下；水是通过蒸发和电离，逃出了火星的大气。 “第一种观点的研究，需要对火星的地质做进一步的探测”； “第二种观点的研究，就需要通过对火星磁场长期变化的探测，来分析火星上组成水的离子成分是如何从不同强度磁场的控制之下逃掉的”。,火星上有冰？,火星表面有水？,3、火星磁场与地球磁场的比较研究,相对于地球“大姐姐”，火星“妹妹”的本底磁场比“姐姐”弱得多，但火星上局部地区的磁场很强；,火星现在没有全球性偶极磁场，图中红色代表磁力线方向是从火星内部向外，蓝色代表磁力线方向指向火星内部。地球上由构造板块时产生的这样的带状的磁场，说明火星也有地壳构造运动。,可能因为火星上远古时期有很强的本底磁场，一定的矿物质保留了远古时期火星的剩余磁场。,4、火星大气和气候研究，保护地球气候,火星大气和气候研究也是探测火星的主要目标之一。 探测表明，火星上有明显的季节变化，经常有持续数月的时间刮着难以想像的大风。遮天蔽日的沙尘暴有时能吞没整个火星并持续几十天。 大约40亿年前，火星与地球气候相似，可能也有河流、湖泊，未知的原因使得火星变成了今天这个样子，因此探索导致火星气候变化的原因对保护地球气候具有重大意义。,火星气候探测器能够探测火星大气层中气温、灰尘、水蒸汽和冰晶云的垂直分布,5、研究火星臭氧洞，对比了解地球臭氧层对地球的影响,火星有一个巨大的臭氧洞, 太阳紫外线没遮拦地照射到火星上。可能这就是海盗1号、海盗2号未能找到有机分子的原因。火星研究有助于了解地球臭氧层一旦消失对地球的极端后果。 臭氧是由三个氧原子组成的同素异形体，略带臭味，因此被称为臭氧。 所谓臭氧洞并不是真的什么洞，而是指在那个地区的高层大气中比较缺乏臭氧。 火星的质量只有地球的十分之一，火星表面的脱离速度约为5公里/秒，难以维持住浓厚的大气，所以火星大气十分稀薄。,火星有一个巨大的臭氧洞,6、火星上有丰富的资源,火星上有丰富的能源，如风能比地球上要丰富得多；火星上有地热能；还可利用二氧化碳和氢制造甲烷燃料；也可用重氢进行核发电等等。火星上有火山活动和水流冲击形成的各种金属富矿。 探测表明，在火星岩石元素成分中，氧元素含量最高，其次是硅，然后依次为铁、镁、钙和硫。 探测火星的岩石成分，还对于研究火星的形成过程、火星地质的长期演变过程、火星表面成分的长期演化过程、岩石和空气的相互作用、岩石和水的相互作用过程以及火星地貌的长期变化 ，都具有重要的科学意义。,2005年机遇号火星车在火星上发现的铁陨石,7、实现火星移民,地球移民到火星的可能性：火星上的绿黏土和火山灰，有利于植物生长；火星大气中有足够的二氧化碳气体，可提高植物光合作用的效能，使农作物获得比地球上更大的丰收。火星上到处都是氧化铁等氧化物质，可还原出氧气来。,想当“火星人”条件很苛刻：必须拥有科学、工程或数学的大学学位，以及长达数年的专业经验。,火星移民定义：火星移民是指美国宇宙学杂志2011年1月13日前报道的、人类有望在20年后就可展开私人赞助的火星单程之旅而移居火星的人。目前，表示愿意报名充当首批有去无回的“火星移民”的人相当踊跃，至少已经有400人争相通过电子邮件和该杂志社取得联系。,美国未来探索火星的效果图,（1）火星移民在行动,（2）21世纪后期将可能的火星改造计划,人们已经提出了以下三种使火星“地球化”的方法： 利用大型轨道镜来反射太阳光，从而使火星表面升温。 利用温室气体生产厂来留住太阳辐射。 利用含有大量氨的小行星撞击火星来增加温室气体的含量。 将火星环境改造成像地球一样并不是一项简单的工程。人类需要付出几个世纪的智慧与劳动，才能建立一个适合居住的环境，并将生命送往寒冷干燥的火星世界。,改造计划一：建立火星太空空间站,未来火卫一太空空间站想象图,未来可能把火卫一或火卫二当作天然的太空空间站。,改造计划二：建立火星能源基站,改造计划三：建立火星光合作用温室培养室,改造计划四：建立火星大型循环利用温室,改造计划五：建立火星与地球往返基地,改造计划六：建立火星地球类小城市,8、对火星探测的支持和共鸣是进行国际合作的理想项目,促进科学的发展：火星探测是许多新技术的试验场地, 这些技术包括大气制动，利用火星资源产生氧化剂和燃料，返程用遥控自动仪和取样远程通讯等。 科学空间探索及对空间的开发和利用：是反映一个国家高新技术水平和经济实力的重要标志，开展火星探测对各国的科学、社会和经济的发展具有重要意义。,可变比冲磁等离子体火箭：美国麻省理工学院华裔物理学家张福林研制,在这种火箭的推动下，飞往火星或月球的航天器最高速度将可达到每秒55公里。从地球飞往火星的旅行时间缩短为39天，而目前预测的往返火星的旅程则需要大约3年时间。,（1）俄罗斯：雄心勃勃的火星探测计划,俄罗斯制定