尋找地外生命

在蘇教版六年級《科學(xué)》上冊第4單元“探索宇宙”的第51果《地球隊外有生命嗎》中，同學(xué)們大致了解了金星、火星等星球的基本概況，并一起思考了這些星球是否適宜生命的存在。而在六年級《科學(xué)》下冊第4單元“共同的家園”的第1課《尋找生物的家園》中，同學(xué)們還將更深入地了解不同生物生存所需要的不同環(huán)境。其實，這兩節(jié)課的內(nèi)容是有相關(guān)性的，共同討論一個問題：除了地球，是否還有其他星球允許生命的存在，為什么？

本期“加油科學(xué)課”，我們特別邀請了南京市鼓樓區(qū)兩位優(yōu)秀的科學(xué)老師做客本欄目，和同學(xué)們好好聊一聊這個話題！

地球以外有生命嗎？

南京市漢江路小學(xué) 潘璐

（潘璐 南京市鼓樓區(qū)優(yōu)秀青年教師、鼓樓區(qū)先進教育工作者，曾榮獲第25屆南京市青少年科技創(chuàng)新大賽優(yōu)秀科技教師稱號;輔導(dǎo)學(xué)生獲全國中小學(xué)生科技創(chuàng)新大賽一等獎，輔導(dǎo)的學(xué)生作品《防毛發(fā)地漏（3D打?。帆@第32屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎、《墨菲定律的試驗研究——面包總是涂有果醬的那一面先著地嗎？》獲第30屆江蘇省青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎;著有兒童科普繪本《走進科學(xué)實驗室》。

浩瀚宇宙，有著許多的未知事物還未被發(fā)現(xiàn)。地球雖是人類的故鄉(xiāng)，但隨著地球上人口數(shù)量不斷增多、不可再生資源的逐漸匱乏，地球越來越難以承載如此多人的生存需求。蝸居在地球的人類未來終有一天可能會飛向遙遠的其他星球，尋找新的家園?？墒牵f千星海中，除了地球，真的還有適宜人類居住的星球嗎？

一個星球要能適宜人類生存，必須具備基本的條件：像地球這樣，接受的恒星（太陽）光照穩(wěn)定，有著適宜溫度;有液態(tài)水，為生命提供生存基礎(chǔ);有衛(wèi)星（月球），抵擋小行星的攻擊，保證星球的穩(wěn)定與安全體積、質(zhì)量適中;表面有大氣層，晝夜更替的周期比較適中;大氣成分適宜人類呼吸;行星的活動不能太活躍，例如火山、地震。

以上僅僅是最基本的生存條件，可是能完全滿足如此苛刻條件的星球寥寥無幾，但還是有極少數(shù)的星球給了人類一絲希望。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，火星的形成時間、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，乃至形成初期的環(huán)境都與地球極為相似，宛如地球的“孿生兄弟”。那么，火星能不能成為人類生存的第二家園呢？

以我們現(xiàn)在對火星的了解，地球人要到火星上去，必須穿上密封的宇航服以抵擋有害的紫外線。因為火星上的空氣很稀薄，太陽輻射很強。同時，還得帶上氧氣瓶，因為那里的大氣主要由二氧化碳構(gòu)成，而且氣壓只有地球的1%。火星上也有云，但是比地球上的云稀薄多了?；鹦巧系目諝飧稍铮骄鶜鉁卦?℃以下。即便在赤道，白天的氣溫也很少高過冰點;到了晚上，氣溫會驟然下降到-100℃左右。火星表面一片荒蕪，塵暴頻繁且猛烈，甚至可以籠罩整個星球。

那么，在這樣的環(huán)境下會有生命存在嗎？在太陽系中尋找生命，實際上就是在尋找培育生命的潛力。這種潛力可能以更簡單的生物體的形式出現(xiàn)，比如微生物，但這也通常變成尋找維持生命的必要條件。而在創(chuàng)造和維持生命的最基本的過程中，液態(tài)水是必需的。是否存在液態(tài)水，成為我們評定一個行星或其他天體是否宜居的直接條件。

科幻電影中，勾勒出的火星場景都是漫天灰塵、怪石嶙岣，那么在火星上是否存在水呢？雖然美國國家航空航天局（ NASA）在火星上發(fā)現(xiàn)了一個地下湖泊，已經(jīng)確定了火星上有水，并且火星的空氣中也含有氧氣，但是這些并不意味著火星就存在生命，或者說人類就可以在火星上生存。這也使科學(xué)家們陷入了迷茫中。

目前，除了極少數(shù)的火星隕石供科學(xué)家研究，人類只能借助航天器進行遙感和原位探測。

雖然，人類在火星隕石中發(fā)現(xiàn)了有機物，在大氣層中檢測到了甲烷，但目前火星上是否仍然還有生命？火星上是否曾經(jīng)繁衍過生命？這些問題依然沒有答案。而要想回答這些問題，只能寄希望于對火星樣本的研究。

因此，一直以來，科學(xué)家希望能從火星采回樣本，進行研究，以揭示火星的“前世今生”。經(jīng)過多年醞釀，火星采樣終于即將實施。

英國倫敦大學(xué)學(xué)院的空間科學(xué)家安德魯·科茨說：“火星采樣任務(wù)將是太空探索領(lǐng)域最重要的任務(wù)之一。”

研究人員稱，他們現(xiàn)在很難確切地預(yù)測十年后將如何研究這些樣本，但他們希望能發(fā)現(xiàn)火星上過去或現(xiàn)在存在生命的跡象。

當(dāng)然，如果沒有在樣本內(nèi)發(fā)現(xiàn)任何生命存在的跡象，科學(xué)家們也不會放棄研究。他們想知道具體原因， 是因為火星不宜居，還是因為生命并沒有出現(xiàn)過？

科學(xué)家認(rèn)為，數(shù)十億年前，隨著內(nèi)核變冷，火星失去了磁場，大氣因此逃逸，火星表面變得寒冷干燥，并遭受強大的太空輻射的“侵蝕”。通過收集不同樣本，測量火星的古磁場，以及研究它們形成的環(huán)境，科學(xué)家們可以驗證上述理論是否正確。如果情況屬實，那么是否由于火星在很早之前形成了不宜居的環(huán)境，以至于生命從來沒有開始過？

為更好地了解火星，人類真是費盡了心思?！昂闷妗碧?、“洞察”號，以及火星采樣任務(wù)中那些將陸續(xù)拜訪火星的火星車、著陸器等，在火星上“你方唱罷我登場”，給荒涼孤寂的火星增添了幾分熱鬧和喧囂。

隨著世界各國對火星探測的興趣日益增加，將會有越來越多的航天器登陸火星。以2020年的火星發(fā)射窗口為例，就將有美國、印度、阿聯(lián)酋，以及歐洲和俄羅斯合作的“火星太空生物”計劃（ ExoMars）的火星車發(fā)射;而中國的火星探測器也將發(fā)射升空，并將執(zhí)行環(huán)繞火星、登陸火星、火星車巡視勘察等任務(wù)。

火星探測器：人類欲在火星尋找生存家園

南京市礪志實驗小學(xué) 吳琴瑛

（吳琴瑛 南京市鼓樓區(qū)優(yōu)秀青年教師，多次承擔(dān)市級、區(qū)級公開課和講座;兼任?？萍驾o導(dǎo)員，組織學(xué)生參加各項科技活動和競賽，帶領(lǐng)的團隊多次獲獎，榮獲“區(qū)優(yōu)秀科技輔導(dǎo)員”稱號。）

大家好，我是火星探測器，把我造出來的工程師團隊叫我“火星一號”，因為我是中國首次自主研發(fā)的火星探測器。并且在今年7月，我將啟程前往火星并著陸在火星表面。

2019年10月11日，我首次亮相于大眾面前。此后，工程師和科學(xué)家對我的研究試驗從未間斷，比如2019年11月14日的著陸器懸停避障試驗。這些試驗都是為了保證我能成功登陸火星。

對我來說，去火星并不是一趟可以說走就走的旅行。所以，為這趟旅行，我做足了攻略。

首先，要選擇合適的交通工具。沒錯，就是火箭。

這次將載我上天的火箭是“長征五號”，因其體積大，而被俗稱為“胖五”。雖然“胖”，但是其起飛推力可以達到干噸級，能輕松突破地球引力。

我的飛行軌道很特別?！芭治濉陛d我發(fā)射升空后，先在地球附近加速，帶我進入霍曼轉(zhuǎn)移軌道，這是一個以太陽為焦點的橢圓形軌道。我在這個橢圓形軌道上以比火星繞太陽公轉(zhuǎn)還要快的速度運行，一邊“飛”，一邊等著火星。等到火星離我越來越近，我們即將交會時，我會在火星附近減速，并被火星的引力捕獲。深空航天器通過霍曼轉(zhuǎn)移軌道從地球到火星軌道的飛行時間是固定不變的，因此航天器發(fā)射時，火星和地球的相對位置必須要使航天器到達霍曼轉(zhuǎn)移軌道的遠日點，火星才能剛好在那里“等待”航天器的到來。這樣的發(fā)射時機，大約每26個月才會出現(xiàn)一次。

我這一次旅行的發(fā)射窗口是今年7月。那么，我什么時候能到達火星呢？

這個時間也不是靠簡單的路程除以速度就能算出的，因為我不是一直保持勻速運動的。我的運行軌道大約有2億千米，這個距離是地月平均距離的500多倍呢！我在這個軌道上還需要經(jīng)歷加速和減速的階段。

第一個登陸火星的探測器，是美國的飛船“維京1號”，它從地球出發(fā)到達火星花了304天。不過，這是1975年的事情了，現(xiàn)在使用的發(fā)動機可比那時候的先進多了。經(jīng)過科學(xué)家的計算，我離開火箭之后，要在太空中漂泊7個月左右，才會被火星的引力捕獲。到那個時候，地球都已經(jīng)進入2021年了。

旅途漫漫，但這還不是最難的部分呢！接下來，環(huán)繞器會留在火星同步軌道上繼續(xù)環(huán)繞，我的著陸器會與之分離，準(zhǔn)備著陸火星表面。從我進入火星大氣層，到著陸火星表面，這個過程雖然只有短短7分鐘，卻是整個火星探測中最艱難的部分。為了保證我能安全、平穩(wěn)地著陸在火星上，科學(xué)家為我設(shè)計了四個關(guān)鍵步驟：

第一步，氣動外形減速。我的外形使我在進入火星稀薄的大氣時，能產(chǎn)生足夠大的阻力，并且還不會翻車、亂撞、倒向飛行。

第二步，降落傘減速。我配備了一個全自動的降落傘，在減速到一定程度時，它會自動打開。

第三步，動力減速。我攜帶的發(fā)動機會在合適的時機在運動的反方向啟動，對我自己產(chǎn)生反推力，從而達到減速的目的。

第四步，當(dāng)運行到距離火星表面100米左右時，我的速度要減到相對為零，進入懸停狀態(tài)，利用探測器所攜帶的相關(guān)儀器設(shè)備，對下方的著陸區(qū)進行選擇，盡量尋找一個相對安全的地方著陸下去。到了距離火星表面一兩米的時候，我會啟動一個著陸反沖裝置，俗稱“著陸腿”，靠它來降低我著陸時產(chǎn)生的振動力。

這些環(huán)節(jié)很細致，但是整個過程只能靠我自帶的系統(tǒng)自主執(zhí)行提前設(shè)定好的命令。如果我遇到?jīng)]有設(shè)想到的情況，想要跟地球通信采取緊急措施，根本就來不及。

地球和火星之間距離遙遠，以光速傳播單程需要將近23分鐘。也就是說，從地面上發(fā)送指令，火星上的我要在23分鐘之后才能執(zhí)行。所以，著陸過程中的動作都必須由我自己來執(zhí)行完成，所有動作加在一起，大概有一千多個吧！

我真的是太難了！不過，如果到時候我能安全著陸，那我就算得上是一步實現(xiàn)了“繞、落、巡”的工程目標(biāo)，真是值得期待呀！同學(xué)們也記得為我加油鼓勁哈！

本期內(nèi)容特別感謝南京市鼓樓區(qū)教師發(fā)展中心小學(xué)科學(xué)教研員余建文老師的大力支持！

責(zé)任編輯：陸艷 責(zé)任校對：夏越