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工程師在凈室中與希望（Hope）火星探測器站在一起

圖片來源：?MBRSC）

關(guān)于行星，有個難纏的問題：它們實在太大了。每當(dāng)我們將航天器送到一顆行星上，測得的結(jié)果將僅適用于此地，無可避免。

當(dāng)科學(xué)家琢磨起行星的大氣層與天氣時，這一問題尤其難以解決。按定義來說，這些應(yīng)當(dāng)是全球現(xiàn)象，而它們以復(fù)雜的方式與其他全球現(xiàn)象互相作用。

科學(xué)家們擁有豐富的航天器觀測火星的歷史經(jīng)驗，而這一難題卻使得他們?nèi)詫π行谴髿獾恼嬲\作方式感到困惑-從上到下，從極到極，從黎明到黃昏再到黎明，它們?nèi)绾巫兓?/p>

若一切順利，一個來自行星科學(xué)新手國家的計劃將很快開始收集數(shù)據(jù)，幫助科學(xué)家全面了解火星大氣。阿拉伯聯(lián)合酋長國（UAE）計劃于周二（7月14日）發(fā)射其首架行星際飛船，稱為“阿聯(lián)酋火星任務(wù)”，或“希望號”，發(fā)射時間定于美國東部時間（2051 GMT）下午4:51。

然后，耗資2億美元的探測器將繞火星巡游七個月，于2021年初進入這顆赤色星球的軌道。按計劃，希望號將觀測火星至少一整個火星年（稍短于兩個地球年）探究火星大氣。

如果航天飛機成功到達太空艙（團隊深知這是個艱難的命題），阿聯(lián)酋發(fā)送的探測器將成為火星軌道上的第五或第六個實體。這一先后取決于阿聯(lián)酋飛行任務(wù)的時間表與中國天問一號火星探測器的時間表，后者也于今年夏天發(fā)射升空。

以人類探索火星的歷史遺產(chǎn)為基礎(chǔ)

在此之前曾有十二個探測器在火星軌道工作過，希望號的設(shè)計正基于火星航天器半個世紀的歷史。然而，計劃人員不希望整個計劃落入其它探測器已完成過的范疇之內(nèi)。

“我們總是從先前的任務(wù)中學(xué)到許多，”負責(zé)希望號計劃的瑪麗亞姆·阿爾·沙姆西（Mariam Al Shamsi）是阿聯(lián)酋穆罕默德·本·拉希德航天中心（Mohammed bin Rashid Space Center）空間科學(xué)系主任，她告訴太空網(wǎng)（space.com），“沒有完美的任務(wù)，因此每個新任務(wù)都學(xué)習(xí)先前的任務(wù)得來的經(jīng)驗。”科學(xué)家們認為，就希望號而言，該任務(wù)尤其從美國宇航局NASA的火星大氣與揮發(fā)演變（MAVEN）軌道飛行器中學(xué)到很多。

穆罕默德·本·拉希德航天中心的數(shù)據(jù)分析負責(zé)人赫莎·阿爾·馬特洛西（Hessa Al Matroushi）告知太空網(wǎng)：“這一計劃的科學(xué)原理與其它探察火星的計劃非常相似。但同時，它也帶來了補充，為一直以來空缺的部分提供了解釋。”

為了達到這一平衡，由工程師轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)家的負責(zé)人們需要知曉迄今為止火星探索的范圍，并咨詢火星科學(xué)界。那之后，希望號計劃領(lǐng)導(dǎo)人得出結(jié)論：著重于大氣層將是這場計劃的最佳探索方向。

然后，是時候開始設(shè)計航天器

希望號計劃的項目科學(xué)家，MAVEN首席研究員布魯斯·雅各斯基（Bruce Jakosky）對太空網(wǎng)說：“不論航天器本身有多重要，我們都不希望派出兩個去測量同一個因素。我們將測量那些之前沒有意識到需要測量的數(shù)據(jù)。如此說來，希望號是基于之前的一切研究的?！?/p>

以希望為例，計劃負責(zé)人們發(fā)現(xiàn)使用和MAVEN和其他航天器相同的儀器，但將航天器置于一個完全獨立于先前的軌道上，便能夠解決火星大氣的一些關(guān)鍵問題。

希望號的大氣研究/希望的氣息（An Atmosphere of Hope）

希望號搭載三種儀器：紫外與紅外光譜儀，以及對可視光和紫外線敏感的成像儀。這些儀器被包裝在一個重達3000磅的航天器上（1350公斤），約需要七個月到達火星，并集中調(diào)查那赤色星球稀薄的、二氧化碳為主的大氣層。

盡管科學(xué)家從許多過往的航天器中獲取過大氣數(shù)據(jù)，希望還是帶來了一些新事物：它繞火星的赤道運行。沙姆西說：“我們的研究的獨特性來自運行軌道?！边@一軌道使航天器能夠觀察火星低層大氣的狀況如何隨時間變化。

該任務(wù)的科學(xué)負責(zé)人，阿聯(lián)酋先進科學(xué)事務(wù)大臣薩拉·阿爾·阿米里（Sarah Al Amiri）在7月9日舉行的新聞發(fā)布會上說：“這項計劃使我們?nèi)旌蛄私饣鹦谴髿鈱印Ｋw了對火星的所有本地時間、所有區(qū)域的探測。這將是一種全面的了解，填補了大氣在整個火星年間如何隨時間、季節(jié)變化的空缺?！?/p>

然而，不僅是能彰顯天氣的低層大氣，希望號還將研究不斷演變的整個大氣層。尤其是了解熱層中發(fā)生了什么。該層位于上層與下層大氣之間，距地面60至120英里（100至200公里）。在熱層中，氣體同時受火星表面與高層大氣的影響。

希望號儀器科學(xué)部經(jīng)理法特瑪·洛塔（Fatma Lootah）告訴太空網(wǎng)：“熱層是高層與低層之間的過渡層。調(diào)查那里發(fā)生的事非常有趣?！笨茖W(xué)家們尤其期待希望號的數(shù)據(jù)能幫他們在高層和低層大氣中建立聯(lián)系，而不是孤立地研究各個層。

希望探測器在火星周圍運行的藝術(shù)描繪。 （圖片來源：MBRSC）

希望號也可能帶來更多潛在的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。如果它克服了重重困難，成功進入火星，將有助于許多其它研究。

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其中一些研究已納入計劃的實驗?zāi)繕?biāo)。例如，希望號的軌道還將調(diào)整航天器的位置，定期拍攝從行星上散發(fā)出來的模糊的氫氣泡。 MAVEN在到達時曾發(fā)現(xiàn)了這種結(jié)構(gòu)，但無法有規(guī)律地定期成像。

洛塔（Lootah）說：“這些照片看起來很酷。它們就像是火星的光環(huán)，看起來非常漂亮。我很期待看到這些圖片。”

這些圖像還可以幫助科學(xué)家了解火星如何失去它的大氣層。從前，這顆星球的紅色還沒如此濃郁時，它擁有如地球般濃厚潮濕的大氣，但這層大氣如今已不見蹤影。不止如此，大氣層還在逐漸從行星的引力的拖曳中逃逸，漂流到太空形成了光暈。

當(dāng)然，科學(xué)研究存在其必然：即使是最好的科學(xué)家，也無法預(yù)測行星的復(fù)雜性。雅各斯基（Jakosky）說：“我們執(zhí)行過的每一項任務(wù)，發(fā)射的每架新儀器，都發(fā)現(xiàn)了過去我們甚至不曾思考過的問題。我們構(gòu)思一個計劃進行測量，以回答某個特定問題，然后設(shè)計儀器，以便實行測量。大多數(shù)科研計劃，當(dāng)然包括從古至今的火星探索計劃，如果我們僅僅是回答了那個最初的命題，大家會不免感到失望?！?/p>

這些潛在發(fā)現(xiàn)之一或許是沙塵暴。洛塔說：“我認為最令人興奮的就是從意料之外的數(shù)據(jù)中得到一些有趣的結(jié)果。我們稱之為偶發(fā)事件。希望號將覆蓋火星的很大一部分，意味著我們將看到更多的偶發(fā)事件。這也是值得期待的結(jié)果。”

馬特洛西（Matroushi）強調(diào)，即使是預(yù)期中的數(shù)據(jù)，也將最終帶來超出希望計劃本身的發(fā)現(xiàn)。阿聯(lián)酋因此決定將所有希望的數(shù)據(jù)公開。

她認為：“這項計劃是為實現(xiàn)我們的目標(biāo)而開發(fā)的，但這些數(shù)據(jù)可以用于解答許多懸而未決的科研問題。我很樂意看到任何科研人員從希望號提供的數(shù)據(jù)中得到靈感?！?/p>

不僅如此，希望號的科學(xué)家們還期待著多年以來使用其他探測器的數(shù)據(jù)和各式模擬數(shù)據(jù)之后，首次使用自己建造的航天器的數(shù)據(jù)。 “這將是一種前所未有的感覺?！?/p>

這就是為什么7月14日的發(fā)射并非該團隊的主要目標(biāo)。阿爾·馬特洛西（Al Matroushi）表示：“所有人都將為這次發(fā)射感到興奮。但與2021年2月抵達火星相比，發(fā)射不過是第一步。當(dāng)我們從探測器上看到第一張照片時，將是最激動人心的時刻，因為這是我們工作的起點?！?/p>

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作者: Meghan Bartels

FY: 鐵銹

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