尋找地外生命

在蘇教版六年級《科學》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》下冊第4單元“共同的家園”的第1課《尋找生物的家園》中，同學們還將更深入地了解不同生物生存所需要的不同環境。其實，這兩節課的內容是有相關性的，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“加油科學課”，我們特別邀請了南京市鼓樓區兩位優秀的科學老師做客本欄目，和同學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 潘璐

（潘璐 南京市鼓樓區優秀青年教師、鼓樓區先進教育工作者，曾榮獲第25屆南京市青少年科技創新大賽優秀科技教師稱號;輔導學生獲全國中小學生科技創新大賽一等獎，輔導的學生作品《防毛發地漏（3D打?。帆@第32屆全國青少年科技創新大賽一等獎、《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新大賽一等獎;著有兒童科普繪本《走進科學實驗室》。

浩瀚宇宙，有著許多的未知事物還未被發現。地球雖是人類的故鄉，但隨著地球上人口數量不斷增多、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?，萬千星海中，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）光照穩定，有著適宜溫度;有液態水，為生命提供生存基礎;有衛星（月球），抵擋小行星的攻擊，保證星球的穩定與安全體積、質量適中;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，但還是有極少數的星球給了人類一絲希望。

科學家發現，火星的形成時間、內部結構，乃至形成初期的環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?，平均氣溫在0℃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，比如微生物，但這也通常變成尋找維持生命的必要條件。而在創造和維持生命的最基本的過程中，液態水是必需的。是否存在液態水，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）在火星上發現了一個地下湖泊，已經確定了火星上有水，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。這也使科學家們陷入了迷茫中。

目前，除了極少數的火星隕石供科學家研究，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現了有機物，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”。經過多年醞釀，火星采樣終于即將實施。

英國倫敦大學學院的空間科學家安德魯·科茨說：“火星采樣任務將是太空探索領域最重要的任務之一。”

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

當然，如果沒有在樣本內發現任何生命存在的跡象，科學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過？

科學家認為，數十億年前，隨著內核變冷，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境，科學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。“好奇”號、“洞察”號，以及火星采樣任務中那些將陸續拜訪火星的火星車、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年的火星發射窗口為例，就將有美國、印度、阿聯酋，以及歐洲和俄羅斯合作的“火星太空生物”計劃（ ExoMars）的火星車發射;而中國的火星探測器也將發射升空，并將執行環繞火星、登陸火星、火星車巡視勘察等任務。

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 吳琴瑛

（吳琴瑛 南京市鼓樓區優秀青年教師，多次承擔市級、區級公開課和講座;兼任?？萍驾o導員，組織學生參加各項科技活動和競賽，帶領的團隊多次獲獎，榮獲“區優秀科技輔導員”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我發射升空后，先在地球附近加速，帶我進入霍曼轉移軌道，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，因此航天器發射時，火星和地球的相對位置必須要使航天器到達霍曼轉移軌道的遠日點，火星才能剛好在那里“等待”航天器的到來。這樣的發射時機，大約每26個月才會出現一次。

我這一次旅行的發射窗口是今年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”，它從地球出發到達火星花了304天。不過，這是1975年的事情了，現在使用的發動機可比那時候的先進多了。經過科學家的計算，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，地球都已經進入2021年了。

旅途漫漫，但這還不是最難的部分呢！接下來，環繞器會留在火星同步軌道上繼續環繞，我的著陸器會與之分離，準備著陸火星表面。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、平穩地著陸在火星上，科學家為我設計了四個關鍵步驟：

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。我攜帶的發動機會在合適的時機在運動的反方向啟動，對我自己產生反推力，從而達到減速的目的。

第四步，當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，利用探測器所攜帶的相關儀器設備，對下方的著陸區進行選擇，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生的振動力。

這些環節很細致，但是整個過程只能靠我自帶的系統自主執行提前設定好的命令。如果我遇到沒有設想到的情況，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，從地面上發送指令，火星上的我要在23分鐘之后才能執行。所以，著陸過程中的動作都必須由我自己來執行完成，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了“繞、落、巡”的工程目標，真是值得期待呀！同學們也記得為我加油鼓勁哈！

本期內容特別感謝南京市鼓樓區教師發展中心小學科學教研員余建文老師的大力支持！

責任編輯：陸艷 責任校對：夏越