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【科学家|“天问一号”传回首张火星全貌图，但它为什么不是红色的？】

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据国家航天局在2月5日20时左右发布的消息 ， 我国首次火星探测任务天问一号在轨飞行197天 ， 飞行里程4.65亿公里 ， 此时它已经距离火星110万公里 ， 距离地球1.84亿公里！同时 ， 航天局还公布了第一张由天问一号拍摄的火星照片 ， 拍摄此图时天问一号距离火星220万公里 。

天问一号拍摄的5个标记点 ， 解读在下文 (图片来源：国家航天局)
“天问一号”终于传回首张火星照片 ， 这足以令人欣喜 。 但大众也不免疑惑 ， 之前 ， 美国NASA MRO探测器和印度的探测器都拍到了火星的全貌图 ， 并且还是彩色的 ， “天问一号”拍的这张图是黑白的 ， 仔细看还有一点模糊 ， 是“天问一号”相机水平不行吗？新拍摄的火星全貌图有什么重大意义

(图片来源：NASA)
这是NASA MRO探测器在数万公里高度拍摄到的火星全貌 ， 我们可以清楚看到火星北极极冠 ， 还有中部有许多坑坑洼洼的欧克西亚沼区（Oxia Palus） ， 位于阿瑞斯谷（Ares Vallis）的东向
天问一号相机达到世界先进水平
从220万公里外拍摄火星 ， 这是中国航天的第一次 ， 这无疑是一个重大突破 。 图像之所以是黑白的 ， 是因为相机使用的就是黑白模式 ， 拍摄的图像有点模糊 ， 并不是相机水平不行 ， 而是距离太远 。
天问一号搭载2种相机 ， 分别为400公里高度轨道上分辨率为100米级的中分辨率相机（MRC） ， 和400公里高度轨道上分辨率为2米的高分辨率相机（HRC） 。 这个高分辨率相机与欧洲空间局的火星快车探测器搭载的HRSC高分辨率立体相机相当 ， 可在300至400公里高度的轨道上获得2米分辨率的图像 ， 达到了世界领先水平！

天问一号上搭载的光学仪器 (图片来源：中国航天报)
目前在火星轨道上成像分辨率最高的仍然是美国宇航局MRO探测器搭载的HiRISE（高分辨率成像科学设备） ， 300公里高度轨道上成像分辨率为0.3米 ， 相当于地球轨道上最先进的商业对地观测卫星 ， 比如世界观测-4卫星 ， 可实现0.3米的分辨率 ， 或者是“中等意思”的军用侦察卫星 ， 比如日本的光学7号 ， 最高分辨率优于0.3米 。
虽然达不到HiRISE的高分辨率 ， 但能观测到火星表面2米级的物体 ， 天问一号轨道器的成像精度已经达到欧美的水平 ， 领先印度曼加里安探测器 。 曼加里安探测器曾经在7.45万公里的轨道上对火星全貌进行成像 ， 得到的图像还是一片模糊 。 同样的高度上 ， MRO探测器可以看清火星北极的冰盖轮廓 。

（图片来源：isro.gov.in）
这张图差点意思 ， 这是印度曼加里安号所拍摄的火星全貌 ， 大约距离火星7.45万公里 ， 和上图一对比就可以看出相机的先进程度
随着天问一号距离火星越来越近 ， 分辨率为2米的高分辨率相机（HRC）将发挥更大的作用 ， 让我们看清火星表面的地貌分布与特征 。

（图片来源：space.com）
这是火星38至41亿年前的模样 ， 可以看出北半球被海洋覆盖 ， 北半球的地势较低 ， 有诸如阿拉伯台地（海）和示巴台地（海）等
“天问一号”拍摄的首张火星全貌图虽然模糊 ， 但它其实隐藏着许多信息 ， 火星标志性地貌 ， 比如 ， 阿茜达利亚平原、克律塞平原、子午高原以及最长的峡谷—水手峡谷等都清晰可见 。
1.标记点1曾经是海底
根据航天局的标记 ， 标记点1的位置是阿茜达利亚平原以南 ， 这里的颜色偏深 ， 1位置左侧有一些白色的条纹 ， 推测可能是火星上的一些云系 。 颜色偏深的原因之一可能是距离太远 ， 此外还有一个考量 ， 就是 ， 火星的天空颜色本来就有点偏紫色 。 这是因为火星上的水冰形成云之后聚集在天空中 ， 水冰颗粒的直径非常小 ， 比火星上的沙尘粒径还要小 ， 反射蓝色的色光 ， 这样我们就看到了偏紫色的火星大气 。分页标题#e#
一般情况下 ， 火星的大气以橘色为主 。 因为火星大气中有红色的沙粒 ， 具体颜色要根据大气中沙粒的粒径、密度而定 ， 导致了火星大气的颜色可从蓝色变成紫色 ， 再变成红色 ， 或者处于三者之间 。 阿茜达利亚平原地势很低 ， 这里在38至41亿年前还是海底 。

(图片来源：NASA JP）
这是机遇号拍摄的火星日出 ， 可以看出火星的天空颜色复杂 ， 有紫色系 ， 还有偏红的色彩 ， 还有黄色的部分
2.标记点2有河流特征
标记点2是克律塞平原 ， 该平原有着大量火星河流冲刷的痕迹 ， 这里被认为是一处较大的海湾 。 平原直径为1600公里 ， 低于火星大地基准面2.5公里 ， 形成原因应该是一个小行星撞击形成的 。 在标记点2的右下方 ， 有一片密密麻麻的圆斑点区域 ， 这是欧克西亚沼区（Oxia Palus） ， 位于阿瑞斯谷（Ares Vallis）的东向 。
阿瑞斯谷也叫战神谷 ， 这里有大量水流侵蚀的痕迹 ， 火星上的水就是从这里流向克里斯平原 ， 这个线索是NASA火星探路者在1997年登陆火星阿瑞斯谷边缘时发现的 。 欧克西亚沼区有着大量混沌地形 ， 还有河道特征明显的区域 。 欧克西亚沼区的地势高低不均 ， 在38至41亿年前 ， 这里是个海湾地形 ， 边缘崎岖不堪 。

这是火星开拓者号于1999年拍摄的克里斯平原与阿瑞斯谷交界地带 ， 欧克西亚沼区的表面差不多就是这样
3.标记点3曾是海湾
标记点3是斯基亚帕雷利坑 ， 左侧是子午线高原 ， 这是靠近火星赤道的撞击坑 ， 直径为461公里 ， 机遇号火星车就在子午线高原 。 如果将这里装满水 ， 就变成了一个圆形的海湾 ， 非常有趣 。 在地球上看不到这样的迹象 ， 地球上早期形成的撞击坑已经通过地质运动融入到地壳中 。 火星上可没有所谓的板块运动 ， 所以会留下撞击坑 ， 圆形的海湾说不定房价会更高 。

火星全球勘探者号拍摄到的斯基亚帕雷利坑 ， 如果这里装满水 ， 就变成了一个圆形的海湾（图片来源：NASA）
4.标记点4附近有悬崖峭壁
这张图右侧最亮的区域是火星上一片覆盖面积较大的地貌 ， 位于标记点4的正上方 ， 称为阿拉伯台地（海） ， 跨度可达到4500公里 ， 东南区比西北向的落差可达到4公里 ， 这个特征可进一步说明火星北半球的地势偏低 ， 这里在38至41亿年前是一片海洋 ， 几乎全被海洋覆盖 。 阿拉伯台地（海）的命名取自阿拉伯半岛 ， 意大利天文学家斯基亚帕雷利在100多年前通过望远镜绘制出火星上的地貌 ， 该区域反照率特征起伏不大 ， 后来被命名为阿拉伯台地（海） 。 在阿拉伯台地（海）的南向 ， 则是示巴台地（海） 。
所以 ， 这张火星全貌图的最右侧明亮区域 ， 包括了两个台地（海） ， 分别为阿拉伯台地（海）和示巴台地（海） 。 在这两个台地（海）中间 ， 还有一座利比亚山脉 ， 山脉的北侧是伊西底斯平原 ， 这是一个撞击坑 ， 南缘靠着利比亚山脉 ， 所以火星在拥有海洋的时候 ， 伊西底斯平原是个海湾 ， 利比亚山脉则是悬崖峭壁 。

（图片来源：NASA JPL）
这是火星阿拉伯台地（海）的地貌 ， 与纪念碑谷的地貌比较相似 ， 方框中的地貌有分层特征 ， 判定为水的沉积过程形成 ， 下图就是纪念碑谷

纪念碑谷 ， 形成这种地貌的条件是水的沉积过程(图片来源：NASA)
5.标记点5曾经是海沟
标记点5是水手峡谷 ， 水手峡谷是太阳系内最大的峡谷 ， 将近4000公里长 ， 最深的地方有7公里 。 水手峡谷的北侧和西北方向是火星上的高原和群山 ， 这里不仅有火星上最高的山——奥林匹斯山 ， 还有塔尔西斯高原 ， 这里分布着火星上三座大盾状火山 ， 也是太阳系中最大的火山群所在地之一 。 塔尔西斯这个名字来自圣经中的极西之地 。 因此 ， 标记点5的上方看似平淡无奇 ， 但下面却隐藏凶险 ， 在火星拥有海洋的时期 ， 这里也不会有水 ， 就像地球的青藏高原那样 ， 海拔较高 。

中间的大裂缝就是水手峡谷(图片来源：space.com)
火星北极有干冰和干冰层
这张图正上方则是火星的北极 ， 主要物质为水冰 ， 表面覆盖着干冰层 ， 厚度可达到1米以上 。 南极的干冰层更厚 ， 可达到8米 。 北极极冠有大约160万立方公里的冰 ， 大约是地球上格陵兰冰原体积的一半 。 火星与地球较为相似 ， 有科学家设想将火星上的冰层融化 ， 以形成覆盖全球的海洋 。 这个设想理论上可行 ， 但比较冒险 ， 因为还需要考虑到后期是否能维持住这些水 。 毕竟火星大气稀薄 ， 融化的水会蒸发掉 。分页标题#e#

火星上的海洋分布情况 ， 是38至41亿年前火星的模样(图片来源：space.com)
同时 ， 让火星充满水是个超级工程 ， 至少我们现在掌握的技术还不足以实施这个工程 ， 并且也没有足够的数据进行论证 。 如果火星南北极冰层全部融化 ， 可形成覆盖火星表面数十米深度的海洋 。
天问一号此行的目的是对火星有一个整体的探索和认识 ， 建立我们国家自己的火星数据库 ， 为今后探索火星、移民火星奠定基础 。
目前天问一号已经完成第四次轨道中途修正 ， 预计在2月10日采取制动措施 ， 进入环火星轨道 。 根据仿真数据 ， 制动过程需要3000N发动机主发动机工作20多分钟 ， 消耗燃料1.2吨左右 ， 将速度降低到每秒2.5公里 ， 目前距离制动时刻还有最后一段路程 。
我们期待她给我们带回更多的惊喜 ， 能告诉我们关于火星更多的答案 。
此文章转载自：科学大院

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来源：(夏棠无痕)

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