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天问|火星探测、卫星搜寻、星球大战，你有怎样的“天问”？

天问|火星探测、卫星搜寻、星球大战，你有怎样的“天问”？
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探测火星的“发射窗口”已经打开 ，
7月20日 ， 阿联酋的“希望号”率先出发 ，
7月23日 ， 中国的“天问一号”顺利发射 ，
美国的“毅力号”也将紧随其后 ，
计划于本周四发射 。
确定火星上是否有生命 ，
是美国“火星2020任务”的科学目标之一 ，
也是科学家们一直孜孜以求的问题 。
2020年的地球命运多舛 ， 但灾难没有阻挡住人类探索太空的脚步 ， 约150次的航天发射让今年成为了世界航天发射大年 。 而自古以来 ， 地球上的人们对于天空的追问从未停止 。 当“天问一号”在火星探测时 ， 我们能看到火星吗？马航为什么躲过了卫星的“眼睛”？北斗导航卫星如何充当福尔摩斯来“断案”？昨天（26日）晚上 ， 文汇APP互动群刘云烨组自主策划轮值讲座、实施了线上话题分享《世界卫星发射大年——我们一起来“天问”》 ， 满怀好奇和希望 ， 向着火红的星球开启“天问”之旅 ， 为学科学、讲科学、爱科学营造了浓郁的交流氛围 。
天问|火星探测、卫星搜寻、星球大战，你有怎样的“天问”？
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7月26日晚上 ， 文汇讲堂听友在腾讯会议开启“天问”之旅 ， 60余人参与
一问：“天问一号”为何选择在文昌而非西昌发射？
——低纬度、近赤道 ， 可得到更大的地球线速度
我国有西昌、文昌、太原以及酒泉四大卫星发射中心 。 “天问一号”出征 ， 为何会选择在文昌发射？毕业于复旦大学物理系、原上海工程技术大学副教授杨国平介绍 ， 文昌和西昌卫星发射中心具有良好的纬度条件 ， 主要承担地球同步轨道卫星、大吨位卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务 。 其中 ， 文昌以靠海港 ， 运输方便 ， 火箭可以海上运输 ， 箭体直径不再受铁路桥梁涵洞限制、航区及落区安全性好、纬度更低（西昌北纬28度 ， 文昌约北纬18度）等优势 ， 在发射同类卫星时 ， 会成为首选发射场 。 这次“天问一号”选择在文昌卫星发射中心发射 ， 低纬度、近赤道是最重要因素 。 因为“天问一号”要从地球轨道转移到火星轨道 ， 需要第二宇宙速度的推力（11.2km/s） ， 在低纬度发射 ， 可以得到更大的地球线速度（赤道的线速度是465米/秒 ， 比音速还快） ， 从而提高火箭的运载能力和卫星的寿命 。
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文昌发射场航拍图
二问：“天问一号” 为何选择在今年7月发射？
——如“狼追兔子” ， 根据约定会合时间等参数倒推发射时间
火星轨道和地球轨道的周期不一样 ， 地球到火星的距离是一种动态的关系 ， 大约每26个月会接近一次 。 因此 ， 火箭发射必须考虑两个重要因素 。 首先在路径选择方面 ， 必须满足能量消耗最小的霍曼转移轨道（一种变换太空船轨道的方法） ， 并约定会合策略 。 何为“约定会合”策略？杨国平解释 ， 这类似于狼追兔子的问题 。 据说 ， 达芬奇曾提出 ， 假设一只兔子和一只狼同时发现对方 ， 并开始追逐 ， 狼直接跟在兔子后面追不一定能赶上兔子 ， 但若计算好兔子回巢的路径 ， 往其巢穴方向追 ， 就一定能追上兔子了 。 正因如此 ， 现在的“天问一号”并不是冲着火星去的 ， 而是选择一条能量消耗最小的轨道 ， 直接奔向七个月后火星要到达的轨道地点 ， 在约定的地方同火星会合 。 另外 ， “天问一号”选择在7月下旬发射 ， 是准确计算时间的结果 。 事实上 ， 我们是根据约定会合时间和霍曼轨道路径长度、探测器速度等参数倒推发射时间 ， 所以不是在地球离火星最近时发射 ， 而只有在火星与地球处于一定的角度 ， 才能满足即沿着霍曼轨道、又能同时到达这二个要求 。 而这个合适角度 ， 也是每26个月才出现一次 。
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地球绕日轨道与火星绕日（非精确模拟）
也有人疑问 ， 当“天问一号”在火星探测的时候 ， 我们能看到火星吗？杨国平回应 ， 今年看火星的最佳时间是在10月14日前后 ， 但此时“天问一号”还在飞往火星轨道的路上 。 7个月后 ， 当“天问一号”到达火星时 ， 几乎看不到火星了 ， 如果要再次在晚上看到火星 ， 就要到2022年年底了 ， 这个窗口期 ， 也是26个月 。
至于火星对人类的意义 ， 杨国平感言 ， “追溯源头 ， 是火星的‘荧惑’改变了人类的命运 。 从这点上说 ， 人类去探测拜访火星 ， 表达感恩之情 ， 完全是应该的 。 ”因为古人认为 ， 行星都是绕着地球转的 ， 行星不应出现“逆行”的情况 ， 火星的“逆行”行为 ， 让他们感到困惑不解 。 中国古人给了它一个名字“荧惑” 。“荧惑”引发人类的好奇心 ， 哥白尼为了解释火星“逆行”现象 ， 提出了“日心说” ， 从此开启了现代科学之门 。 牛顿力学完全是建立在开普勒行星运动定律和“日心说”基础上的 ， 没有牛顿力学 ， 卫星根本上不了天 ， 那么“天问一号”根本到不了火星 。


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