出发，目的地火星！来，解开“天问一号”的气象密码！

2020年7月23日12时40分许

中国，海南，文昌

伴随着长征五号遥四运载火箭

腾空而起

中国首次火星探测任务

“天问一号”

正式启程

探测器成功发射后

大约需要经过7个月左右的时间

最终飞抵火星

▲ 长五遥四火箭

中国火星探测任务工程总设计师

张荣桥介绍

首次火星探测主要做5件事

第一是照相

第二是测物质、测元素

第三是测环境

第四是探测火星的内部结构

第五是观测火星气象

有人问，探测火星和气象有什么关系呢？

事实上，飞向火星的航程

与气象工作关系密切

下面，小编为你一一解答

01 气象人为探测火星做了什么？

首先，任何航天器的发射，对气象环境都有需求。风、气温等均是气象保障的重点。前不久，阿联酋发射“希望号”火星探测器时，就因天气原因而推迟过发射时间。而除了发射时的气象保障外，探测火星，极其重要的一点，就是这段航程中的空间天气保障！

发射之后，“天问一号”要穿过地球的电离层，然后是地球的磁层，进入行星际空间，踏上奔火的漫长旅程。此时，最重要的是保障星地之间的测控链路。测控信号会受到地球大气层、电离层以及行星际等离子体的影响，而电离层状态和行星际等离子体分布会明显受到太阳活动的影响，这些都需要空间天气保障。

一旦飞行器飞出地球磁层，进入行星际空间，就会受到新的环境影响，主要是银河宇宙线和太阳高能粒子的直接影响，此时太阳风暴的预警和预报尤为重要。

▲中国第一个火星探测器外观设计构型图

以往，我国的重大航天任务都在近地空间，我们可以利用风云气象卫星对近地空间环境要素进行探测，提供空间天气保障。但地球到火星之间，以及火星大气和空间环境都在常规卫星探测能力之外。据了解，从我国火星探测任务批准立项起，国家空间天气预警中心就联手一些合作科研单位，通过多次模式模拟，逐步将空间天气预测业务从地球附近延伸到从地球至火星的范围。在“天问一号”的“问天”之旅中，国家空天预警中心将对飞行器发射、行进以及环绕过程中的空间天气环境进行预报，并定期制作空间天气专报。

02 火星天气是怎样的？

火星上的天气，是火星探测任务的成败关键。此前的多个火星探测器因此而折戟。所以，想要探测火星，必须要预先对火星天气有一定了解。

气温

火星表面平均气温-63℃。由于火星大气层很薄，无法保留很多热量，所以地表日夜温差很大。

气压

火星大气十分稀薄，平均地表气压在6百帕上下波动，不到地球大气层的1%。

但是，随着季节的变化，火星气压变化幅度可达20%。

风

火星上每年都要刮一次让人难以想象的特大风暴。资料显示，地球上17级风力，相当于是超级台风的风力，风速可达60米/秒以上，而火星上的风速竟高达180米/秒，是地球上的三倍。而遮天蔽日的火星沙尘暴，堪称火星探测器的“头号杀手”。推荐阅读：火星沙尘暴究竟有多厉害？15年“机遇”号因此“永别”！

降水

火星上没有降雨。但“维京二号”着陆器曾看到过火星结霜。在寒冷晴朗的夜晚，撞击地面的空气迅速变凉，偶然情况下，水汽会结成霜冻到地面。2008年9月29日，“凤凰号”火星探测器拍下了同样极为罕见的降雪事件，是在接近“凤凰号”登陆地点附近海姆达尔撞击坑之上，高4.5公里的云降雪。

03 火星探测器上的“气象任务”？

事实上，与“天问一号”一样，此前及正在计划中的火星探测活动中，“火星气象探测”都是一项重要任务。

探测器：“天问一号”

工作地点：火星表面

气象任务：收集有关温度、气压、风速和风向的大气数据

“天问一号”探测器由环绕器和着陆巡视器组成，总质量约5吨。在环绕器中，配置了7台科学载荷，具体包括中分辨率相机、高分辨率相机、次表层探测雷达、火星矿物光谱探测仪、火星磁强计、火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪，而着陆巡视器则是由进入舱和火星车组成。

按照计划，进入舱将完成火星进入、下降、着陆任务，火星车则会在着陆区开展巡视探测。在火星车上，将配置多光谱相机、次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪、地形相机共6台科学载荷。在与气象有关的研究项目中，将收集有关温度、气压、风速和风向的大气数据，并研究火星的磁场和重力场。

“中国首辆火星车”如何工作

02:49

探测器：“希望号”

工作地点：火星轨道

气象任务：制作出火星的第一张全球气象图

火星巨大的椭圆形轨道将使该轨道器能够在白天和夜晚观察火星大气，每55小时就能几乎覆盖整个星球。该探测器的可见光照相机和红外光谱仪将研究低层大气中的火星云和沙尘暴。它的紫外线光谱仪将监测高层大气中的气体。在执行为期两年的任务期间，“希望号”将跟踪每日的天气变化和季节变化。它不仅有助于为未来的人类飞行任务做准备，还将揭示大气条件如何导致氢和氧逃逸进入太空。这可以帮助科学家了解火星的气候以及它如何失去曾经厚厚的大气层。

▲“希望号”将探索火星是如何逐渐失去大气层的。

探测器：“毅力号”

工作地点：火星表面

气象任务：与“好奇号”组成一个小型观测网络

“毅力号”将通过一套科学的工具来探测火星表面和大气层。其中气象传感器可测量温度、风速、风向、压力、相对湿度以及沙尘颗粒的数量和大小。而它也是对此前于2012年8月登陆火星的“好奇号”探测器的观测设备补充。在火星上工作时，“好奇号”和“毅力号”将组成一个小型观测网络。据介绍，该网络只是第一步，未来火星上将建立广泛的观测网络。

▲ “好奇号”上的“激光笔”（化学相机ChemCam）。

04 为何要探索火星？

火星探测的科学价值十分突出。仅从气象学家关心的角度来看，随着如今我们对火星的认识，从大气层、表面到内部结构，从火星过去、演化到现在都有了一些了解，科学家会将火星作为地球的“样板”。毕竟，在太阳系的八大行星中，火星与地球距离较近、二者有着相似的自转周期、火星上还有春夏秋冬四季更迭；2018年，科学家还在火星南极冰盖下发现了液态水的存在证据。推荐阅读：IBM推3公里全球预报，火星古河流现“实锤” | 国际

科学家渴望了解，是什么原因导致火星失去了水？它怎样从一个蓝色星球变成现在一片荒漠的红色星球？其大气环境是如何演化的？而这些问题的背后，人们更想知道，火星的今天有没有可能就是地球的明天？

▲此前机遇号发现的“蓝莓”（赤铁矿结核）

和石膏脉（水合硫酸钙矿物）

均是火星曾有过温暖湿润环境的证据。

此外，火星探测是涉及众多高新技术领域的系统工程，要解决轨道设计、自主姿态确定与控制、着陆导航、热控制、辐射防护、遥操作与遥分析、深空测控通信等技术问题，能够带动系统工程、自动控制、能源、材料、通信、遥感等众多领域的迅速发展，也是一个国家科技实力和创新能力的重要体现。

在国际竞争日趋激烈的今天，火星探测已成为目前及未来很长一段时期国际航天大国竞争的主要“竞技场”。

▲火星全球地质图。不同色块表示不同的地质单元。

05 为什么选在七、八月发射？

今年计划“探火”的国家不约而同将火箭发射日期选在7至8月，这并非巧合，而是在等待一个珍贵“窗口”的开启。发射窗口跟很多因素有关，但是最主要的因素还是地、火在太阳系的相对运动关系，约26个月出现一个从地球发射探测器到火星的最佳发射窗口期，一旦错过就需要等待两年多。在这种情况下的话，地球到火星之间的飞行路径是最短的，也是最省燃料的。

当然，具体的发射日期还跟实际的轨道设计以及火箭的发射运载能力，还有发射场当地的气象条件，以及空间天气状况密切相关。

每当火星相对于太阳的位置领先于地球44度角左右的时候，从地球发射的探测器经过一个椭圆轨道（也就是“地火转移轨道”）后刚好会在几个月后与火星自然相遇，这样的时机每26个月出现一次。注意，这样的发射时机并不对应于火星距离地球最近的时刻。

在人类探索火星的历史上

“天问一号”目标通过一次发射

实现火星环绕、着陆和巡视探测

并获取火星探测科学数据

这是前无古人的创举

但我们相信

宇宙浩瀚，星河灿烂

这一次

遍布着沙丘砾石的红色星球

将成为中国问天的下一步

这一征途

也将永无止境