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“天问一号”火星探测器遭强烈电磁干扰,已失联多日

时间:2021-10-09 作者:综合报道 阅读:
在10月5日,中国探月工程官方微信公众号突然发布一则消息,表示目前“天问一号”已经进入日凌阶段,与地球暂时失去联系。但他们表示失联只是暂时的,这也是可以预见性的结果,是“失联”,而不是“失踪”。
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2020年7月23日,中国“天问一号”火星探测器以及其搭载的“祝融号”火星车发射,2021年5月15日成功登陆火星,开始巡视探测。这是中国第一次成功的火星着陆任务,也让中国成为继美国后第二个成功派出探测器登陆火星的国家,它承载着中国人对火星探索的期望。

2021年6月11号,中国国家航天局举行了天问一号探测器着陆火星首批科学影像图揭幕仪式,公布了由“祝融号”火星车拍摄的着陆点全景、火星地形地貌、“中国印迹”和“着巡合影”等影像图。下图为“祝融号”火星车在接近和驶离过程中,火星车前避障相机拍摄到的降落伞与背罩的图像。

如今“祝融号”火星车已经稳定工作快4个月了,下图就是她在火星上留下的“脚印”。

2021年6月27日,中国国家航天局公布一批新的图片与视频,包括着陆巡视器开伞和下降过程、“祝融号”火星车驶离着陆平台声音及火星表面移动过程视频,火星全局环境感知图像、火星车车辙图像等,并宣布截至当日天问一号环绕器在轨运行338天,地火距离3.6亿千米,祝融号火星车已在火星表面工作42个火星日,累计行驶236米。

2021年8月17日,中国中央电视台报道祝融号已经完成了90个火星日的既定探索任务(从着陆开始计算,至8月15日为90个火星日),累计行驶距离达到889米,当时状态良好。祝融号将继续向乌托邦平原南部的古海陆交界地带行驶。报道同时还附上了祝融号的行驶路线图。

进入失联阶段

然而在10月5日,中国探月工程官方微信公众号突然发布一则消息,表示目前“天问一号”已经进入日凌阶段,与地球暂时失去联系。但他们表示失联只是暂时的,这也是可以预见性的结果,是“失联”,而不是“失踪”。

为安全度过日凌期,火星车和环绕器已经先后完成相关状态设置,停止科学探测工作,并持续进行状态监视。本次日凌将于10月中旬结束,届时探测器将恢复与地面的通信,继续开展科学探测。

日凌现象为什么会造成地球与火星之间的信号通信中断呢?

其实早在今年9月初,火星探测器总设计师孙泽洲就介绍过,今年9月太阳会运行到地球和火星之间,会出现日凌干扰现象,也就是太阳发出的强烈电磁波会对无线电通信产生干扰,天问一号火星探测器将无法跟地面建立联系。这个过程大概持续一个月。

失联的原因

地球和火星一直绕太阳运行,如果地球和火星恰好运行到太阳两侧时,并且三者接近一条直线时,那么这种现象就叫做火星和地球之间的日凌。9月下旬开始,地球、火星逐渐运行至太阳的两侧且三者近乎处于一条直线上,太阳电磁辐射干扰逐渐增强,器地通信受到干扰,出现不稳定甚至中断。

直白一点说就是:火星—太阳—地球三者接近一条直线,并且太阳在火星和地球中间。

地球和火星探测器通讯靠的是电磁波,如果没有引力干扰,电磁波只能直线传播。

正常情况下,地球和火星之间除了极少一部分星际尘埃,其他干扰都没有,所以双方的电磁通讯可以直来直往,畅通无阻。

但是当地球和火星之间两点连线上突然出现像太阳如此巨大的恒星时。那火星和地球之间的电磁波通讯必然会被阻断。

有两个重要的原因

第一个是引力弯曲时空。

太阳可以弯曲周围的时空,造成经过太阳周围的电磁波被弯曲。

广义相对论中的时空弯曲首次得到验证就是因为太阳弯曲了系外恒星的光线,造成地球上观察到的系外恒星光线出现了偏差,其偏差值刚好符合广义相对论预言的那样。

如果地球和火星之间正好被太阳阻挡,那么彼此发出的电磁信号就会被太阳的巨大引力所弯曲,导致双方很难接收到彼此发出的信号。

第二个原因就是太阳辐射。

太阳是恒星,内部一直发生着核聚变反应,会释放大量的高能电磁波和射线。这些射线的频率很高,包含的能量也更大。当地球和火星之间的电磁信号遇到太阳发出的高能电磁波时,就会被冲击,改变频率,造成有效电磁波信号丢失。

所以日凌期间,地球和火星之间的通信就会丢失,这是正常的天文现象。美国的火星探测器—“毅力号”也和咱们的“天问一号”是一样的遭遇。但是这种失联是暂时的,日凌现象预计到本月中旬结束,那时地球和火星之间的通信就又会恢复。

有必要上中继卫星吗?

人类有办法在日凌期间继续保持和火星探测器的通讯吗?

答案是:理论上有办法。中国曾经发射过一个中继卫星,用于连接地球和月球背面的通讯,这就是“鹊桥号”。

同理,发射一个中继卫星在火星、地球、太阳任意两者之间的某一拉格朗日点上。

这个拉格朗日点必须在日凌期间不与这三者处于同一条直线上。那么地球和火星之间的通讯可以先将电磁波发射到该中继卫星上,再通过中继卫星传播到接收方。

但是这样只是理论上可行,日凌期间,中继卫星也会遭受巨大的太阳辐射干扰。并且发射中继卫星的代价太大了,况且日凌现象本来就为期不长,影响并不是很大。

据北京日报客户端报道,截至8月15日,“祝融号”火星车在火星表面运行90个火星日(约92个地球日),累计行驶889米,所有科学载荷开机探测,共获取约10GB原始数据,“祝融号”火星车已圆满完成既定巡视探测任务。

目前,环绕器运行在中继通信轨道,主要为火星车进行中继通信。日凌结束后,环绕器将择机进入遥感使命轨道,开展火星全球遥感探测,获取火星形貌与地质结构、表面物质成分与土壤类型分布、大气电离层、火星空间环境等科学数据,同时兼顾火星车拓展任务阶段的中继通信。

延伸阅读:天问一号并不是我国首个火星探测器

早在2011年,我国就已经开始探索火星了,我国第一个火星探测器是“萤火一号”。“萤火一号”和俄罗斯“福布斯-土壤”火星探测器曾经一起搭载了俄罗斯的运载火箭飞往火星,最后由于俄罗斯那个火星探测器出现了故障,导致整个火箭都未能成功进入火星预定轨道。就这样,中国第一次火星探测任务失败了。

责编:Luffy Liu

本文内容参考中国探月工程官方、科学认识论、多维新闻、北京日报、快科技

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