5月15日，我国首次火星探测任务天问一号探测器在火星乌托邦平原南部预选着陆区着陆，在火星上首次留下中国印迹，迈出了我国星际探测征程的重要一步。

后续，祝融号火星车——这辆以中国神话传说中火神命名的小车，将依次开展对着陆点全局成像、自检驶离着陆平台并开展巡视探测。

天问一号探测器于2020年7月23日发射，在今年2月到达火星，成功被火星捕获。经过3个月的养精蓄锐，终于完成中国首次火星着陆。

近年来中国在空间技术领域捷报频传，从去年的北斗三号成功组网向全球提供北斗服务，到4月29日，中国空间站工程首个航天器天和核心舱成功发射。期待“祝融”号早日在火星上开展相关科学探测任务。

绕着火星等待了三个多月

火星，太阳系内自然环境与地球最为接近的星球。几十年来，它一直是人类深空探测最热门的焦点，也是人类最有可能登陆的下一个地外天体。

2020年7月23日我国首个火星探测器“天问一号”在海南文昌发射。“天问一号”离开地球7天之后，NASA的毅力号也踏上了奔赴火星的旅程。

天问一号由着陆-巡视器(简称“着巡器”)与环绕器组成，落火之后着巡器又分体为着陆器和巡视器两部分，巡视器就是前段时间刚刚公布名称的“祝融号”火星车。

今年2月10日，经历半年多的飞行，“天问一号”探测器完成“刹车”减速，开始它的环绕火星之旅。出发半年多，它已经距离地球1.7亿公里，而总飞行里程超过了4.5亿公里。

这是国家航天局公布的天问一号拍摄的高清火星影像图。新华社发（国家航天局供图）

2月18日，NASA的“毅力号”抵达火星，当天直接着陆。为什么“天问一号”要多等三个月呢？

其实，入轨后的“天问一号”并没有闲着。它先是花了半个月时间多次调整轨道，让自己观察火星的距离更近一些，视角更好一些；然后是仔仔细细考察火星地形，拍摄高清照片，为火星车考察着陆区地形。

图片来源：中国航天报

人类探索火星数十年，但获取的火星表面高分辨率影像数据有限。在“毅力号”着陆前，NASA已经利用其火星轨道飞行器，在着陆区拍摄高清照片。也就是说，“毅力号”是带着高清地图去火星的。

天问一号探测器火星捕获过程影像（定向天线监视相机画面）

而“天问一号”选择降落的乌托邦平原，至今人类所获取的数据仍然有限。没有高清照片，就只能自己拍摄。正所谓“磨刀不误砍柴工”，“天问一号”等待的三个月非但不“墨迹”，而且还是必要的。

“天问一号”是中国首次火星探测任务，也是个高度复杂的任务，将一次性实现火星环绕、着陆和巡视三大工程目标，以及通过13台科学仪器对火星进行全方位科研，任务整体难度巨大。此前中国对火星的详细了解有限，目标着陆区域的最新地形地貌和气象条件等也可能相对科研成果有一定出入，着陆器/巡视器组合体也必须依赖稳定运行的环绕器才能成功。因而，入轨火星后必须采取分步走的策略。

5月15日凌晨1时许，天问一号探测器在停泊轨道实施降轨，机动至火星进入轨道。

4时许，着陆巡视器与环绕器分离。历经约3小时飞行后，进入火星大气，经过约9分钟的减速、悬停避障和缓冲，成功软着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区。

从进入火星大气到着陆火星表面是整个火星着陆过程中最为惊险的时刻。我国天问一号任务火星着陆分为气动减速、伞系减速、动力减速、悬停避障与缓速下降四个阶段，历时“惊魂九分钟”。

两器分离约30分钟后，环绕器进行升轨，返回停泊轨道，为着陆巡视器的后续探测任务提供中继通信，搭建起地球和火星之间的通信桥梁。

后续，“祝融号”火星车将依次对着陆点全局成像、自检、驶离着陆平台并开展巡视探测。

为什么选择乌托邦平原？

“祝融号”选择在乌托邦平原着陆，一方面是因为工程风险低。火星南北半球的地形地貌、地质构造等差异巨大——火星南部为古老高地，坑多，60%的面积遍布陨石坑；而乌托邦平原所在的火星北部，是被火星熔岩填平的低矮平原，地形平缓，陨石坑较少，且地质年龄较轻，地壳较薄。

另一方面，选择乌托邦平原着陆是因为科学价值高。长期以来，人们最关注的是火星上是否存在生命。研究人员分析，乌托邦平原很可能是远古火星海洋的所在地，“祝融号”着陆的地点在古海洋和古陆地的交界处。

最新的科学探测发现，在火星乌托邦平原距离地面1-10米的浅表底层下方，存在大量地下水冰，储水量相当于地球上面积最大的淡水湖。想知道火星上到底有没有生命，乌托邦平原是一个绝佳的探测点。

火星乌托邦平原（拉丁语：UtopiaPlanitia），又译作乌托邦低原，为火星上最大的平原，直径3200公里，中央为49.7°N118°E*（火星经纬度），位于阿尔及尔平原的对跖点上。火星乌托邦平原也是1976年9月3日海盗2号在火星上的着陆与探索区域。

登陆火星究竟有多难？

我们生活在地球上，可以通过很多方式去监测地球大气的风速、气压和密度，从而确保航天器再入大气时的安全。然而，人类对于火星的大气环境知之甚少，导致登陆火星充满了未知的危险，很多登陆火星的探测器都是殒命于此。

另外，登陆火星对于探测器的自主降落能力提出了极高的要求。这是因为地球和火星相距遥远，通信存在很大的延迟，地球上的控制中心不可能实时控制着火星上的探测器。

图片来源：中国航天报

目前，火星正是远离地球的时候，地火的距离达到了3.18亿公里。从地球上发射出的无线电信号以光速传播，也要17.7分钟的时间才能抵达火星。因此，只能全权交由探测器自主降落火星。

因此，登陆火星的难度极高。在天问一号之前，已经有20个探测器尝试登陆火星，其中只有10个成功登陆，成功率仅为50%。最早登陆火星的是苏联发射的火星3号，它于1971年首次成功登陆火星，但它登陆后只运行了14秒。

美国的成功率最高，NASA先后10次尝试登陆火星，9次取得成功，只有1999年发射的火星极地着陆者号在登陆火星时失联。最早登陆火星的是1976年的海盗2号，它与天问一号一样，也是登陆乌托邦平原。最近一次是在今年2月19日登陆火星的毅力号，它还带了一架无人直升飞机——机智号，并在火星上实现首飞。

由此可见，我国一次就成功登陆火星有多么不容易。

“祝融号”有哪些绝招？

此前，中国首次火星探测任务总设计师张荣桥曾对外公布“祝融号”火星车的配置细节：火星车质量约240公斤，为6轮独立驱动，携带6台载荷，其太阳翼呈蝴蝶翼形。因此有人形象地将“祝融号”火星车比喻为“火星蝴蝶”。

火星环境是出了名的恶劣，要想完成使命，“祝融号”火星车必须足够强大，努力“活下来”。中国曾数次造访月球，积累了宝贵经验。但月球与火星最大的不同，在于月表近乎真空，而火星有大气层，这大大增加了探索火星的难度。

从以往火星探测器拍摄的图片来看，火星的地貌似乎与地球上的沙漠戈壁无异。但事实上，火星上的风速可达每秒180米，这几乎是地球上特大台风风速的三倍多。这如野兽般凶暴的烈风会掀起大量的沙尘、石块，形成特大沙暴。

在今年早些时候，“祝融号”火星车总设计师贾阳介绍，我国的火星车太阳能板采用表面工程技术除尘法，这个技术的关键是超疏基结构，身边的汽车防尘玻璃、防尘贴膜等都是这个原理。类似下雨时荷叶上的水珠，遇风可以很容易滚落。这种材料可以让“祝融号”的太阳能板不易沾染灰尘，还可以通过振动抖掉灰尘。

此前，美国宇航局（NASA）的“机遇号”火星车正是因为遇上火星沙尘暴，太阳能板蒙尘，最终与地球失联。

火星表面还密布着石块等障碍物，这就使得火星车的行驶需要更加“小心翼翼”，以免被障碍物卡住造成操作的迟滞。那如何才能火星车的每一步都走得更加稳妥呢？设计师们也想出了应对之策。在中国航天科技集团五院的实验室中，有一台与“祝融号”一模一样的火星车。当“祝融号”在火星上遇到复杂路况时，地球上的火星车将对火星路况进行模拟行驶，确认无误后才会发出指令。

按照计划，在紧张工作90个火星日后，“祝融号”火星车将结束巡视探测工作，天问一号环绕器也将进行轨道调整，从而开展环绕科学探测。

火星何时诞生？

火星有什么特点？

人类对火星的认识怎样一步步深入？

火星探测经历怎样的历程？

一图看懂火星46亿年历史

2020年7月23日12时41分，我国成功发射首次火星探测任务“天问一号”探测器，将在春节前（2021年2月10日左右）抵达火星轨道，然后环绕火星飞行，将为后期设立火星基地提供资料。据此完成下面小题。

1．火星虽然有适合生命存在的物质，但目前仍然没有发现生命存在，其原因最可能是（   ）

A．火星体积密度较小

B．火星上没有液态水

C．火星表面温度高

D．火星上大气稀薄

2．相对于地球，火星更易遭陨石袭击，其原因是（   ）

A．火星公转速度快

B．地球更靠近小行星带

C．火星大气稀薄

D．火星的质量小

3．火星基地选址，需要搜集的资料主要有（   ）

①火星地形特征②火星与太阳的距离③火星资源分布状况④火星绕日公转的速度

A．①② B．①③ C．②④ D．③④

【答 案】

1．B 2．C  3．B

【分析】

1．火星距离太阳较远，表面温度低，无法存在液态水，B正确，C错误；火星体积和密度都比地球小，吸引的大气少，但不是影响生命存在的主要因素，A、D错误。故选B。

2．陨石也称“陨星”，是地球以外脱离原有运行轨道的流星体或碎块飞快散落到地球或其它行星表面的未燃尽的物质。在到达地面前经过了大气层，火星大气稀薄，不能将其完全燃烧，更易遭到陨石袭击，C正确。火星的公转周期为687天，时间约为地球公转的2倍，A错误；火星更靠近小行星带，B错误；火星和地球同属于类地行星，体积质量差异小，D错误。故选C。

3．建设火星基地是为了后期的科研，火星与太阳的距离以及火星绕日公转的速度已经有详细的资料，不需要探测器搜集，②④错误。火星的地形对基地建设影响大，基地选址适合平坦开阔的地方，同时火星上是否有人类活动必需的资源也是需要搜集的资料，①③对。B正确。选B。

【点睛】

地球上生命起源于原始海洋，火星上没有生命最可能的原因是没有液态水。火星大气稀薄，更容易受陨石袭击，也会进一步降低火星上生命存在可能性。

4．材料一：在太阳系中，火星环境与地球环境最为相似，因此人类首先选择火星作为探索生命起源和进化的行星。下表为火星与地球的部分资料对比，图甲为行星科学家在北半球上建立的火星环境研究基地，图乙为青海茫崖市冷湖火星营地所在地地貌。

材料二：2019年4月17日，中国首个根据真实航天逻辑打造的“火星1号基地”在甘肃省金昌市正式开营。该项目由金昌市与中国航天员科研训练中心、金昌星辰宇宙文化旅游投资有限公司深度合作建设，整体规划面积67平方公里，核心建设区5平方公里，总投资25. 22亿元。

（1）根据材料一分析，火星上可能存在生命的推测是基于_________，制约火星存在生命的因素有___________。

（2）图甲所示火星研究基地中气候条件与火星最相似的是__________，其气候的成因为__________。

（3）青海茫崖市冷湖火星营地所处地区因与火星地貌特征极其相似，被誉为“地球上最不像地球的地方”，请说明该地貌形成的地质作用过程，并描述该地的主要自然环境特征。

（4）“火星1号基地”建设的意义有____________。

【答 案】（1）火星与太阳的距离与日地距离相差不大，温度不会太低；火星、地球自转周期比较适中，温度变化不大；具有大气层 气温、大气、水。

（2）德文岛火星北极研究站 纬度高，气温低，下沉气流；气温低，空气干燥，降水少；空气透明度高，凝结核少。

（3）河流湖泊堆积，地壳抬升，风化、风力侵蚀。气候干旱、河流稀少、植被稀少、风蚀地貌(雅丹地貌)。

（4）旅游业，经济发展；就业；科研，教育。

【详解】

(1)地球存在生命的原因应从温度、大气和液态水方面分析。据材料一表格信息可知，火星与太阳的距离与日地距离相差不大，因此温度不会太低；火星、地球自转周期也比较适中，温度变化不会不大，同时火星也有大气，因此火星有可能具有生命存在。但是据表格信息分析可知火星的平均温度偏低，且体积质量较地球小，大气密度较小，因此大气层的厚度和成分可能不适合；温度偏低，可能没有液态水的存在。

（2）据上题分析可知，火星表面气温偏低，且空气稀薄，密度小，水汽、杂质少。据图甲分析可知，德文岛火星北极研究站纬度高，气温低，下沉气流；气温低，空气干燥，降水少；空气透明度高，凝结核少。

（3）青海茫崖市冷湖火星营地所处地区拥有中国最大最典型的雅丹地貌群。独特的地形地貌、自然风光、气候条件与火星表面极其相似。地貌的形成是内外力共同作用下形成。据图乙可知，该地貌的形成先是河流湖泊堆积，后地壳抬升，然后外力风化、风力侵蚀作用形成。区域自然环境特征应从气候、地形、土壤、植被、地貌、水文等方面考虑。该题可以联系我国西北内陆地区的自然环境特征来分析。气候干旱、河流稀少、植被稀少、风蚀地貌广布。

（4） “火星1号基地”具备一系列体验式、趣味性、可传播的研学方式，将科研、科普、文旅有机结合，让更多人而不仅仅是科学家，体验到航天探索的乐趣。

5．阅读图文材料，完成下列要求

材料一 ：2018 年 7 月，意大利宇航局在火星南极附近发现一个液态水湖。2018 年 11 月美国航空航天局的“洞察”号探测器安全穿越火星大气层（大气主要成分是二氧化碳， 其次是氮、氩），成功降落在火星表面。左图为太阳系示意图，右图为“洞察”号探测器图。

材料二：地球与火星物理性质比较

（1）左图所示天体系统的中心天体是___，代表火星和地球的分别是___和___（填字母）。

（2）八颗行星绕日公转方向具有___，绕日公转轨道面具有___，绕日公转轨道形状具有__。

（3）有科学家推断火星可能存在生命。你是否赞同，并请给出理由。

【答 案】（1）太阳  G  C

（2）同向性  共面性  近圆性

（3）观点：反对  理由：缺少适合生命呼吸的大气；表面平均温度较低/观点：赞同  理由：发现液态的水；自转周期、公转周期等与地球相近。

【分析】

本题以太阳系示意图和“洞察”号探测器为背景材料，考查天体系统、太阳系和地球存在生命的原因。

【详解】

（1）左图所示天体系统为太阳系，中心天体是太阳，读图分析，距太阳由近及远AHCGFEDB分别代表的行星是：水、金、地、火、木、土、天王、海王。

（2）八颗行星绕日公转具有同向性（公转方向相同）、近圆性（公转轨道接近于圆）和共面性（几乎在一个平面上）。

（3）该题为开放性试题，赞同对照与生命存在的条件相符的说明，不赞同对照不相符的说明。大气主要成分是二氧化碳， 其次是氮、氩，缺少适合生命呼吸的大气；表面平均温度－23℃，温度较低，不适合生物生存，不可能存在生命。意大利宇航局在火星南极附近发现一个液态水湖，发现液态的水；从表中可以看出，自转周期、公转周期等与地球相近，可能存在生命。

【点睛】

大小行星各行其道、互不干扰，使地球处于一种比较安全的宇宙环境中，地球稳定、安全的宇宙环境和地球所处的光照条件一直比较稳定是地球存在生命的外部条件，而地球自身又具备了生物生存所必需的温度、大气、水等条件，这些是地球存在生命的内部条件。

6．阅读小组实践活动日记及相关资料，回答下列问题。

2020年7月23日，中国第一个火星探测器“天问一号”在海南文昌成功发射升空。文昌市某中学地理兴趣小组于当日前往发射场周边某地开展实践活动。

7月23日天还没亮，我们就抵达发射场附近的观测地点，GPS定位器显示当地地理位置为19.7°N，109.8°E，查阅资料得知，当日太阳直射点所在纬度为20.2°N。

12时41分，火箭成功发射！能够亲眼目睹发射全过程，见证中国航天又一伟大成就，真的令人激动而难忘！接下来，“天问一号”探测器预计将用7个多月的时间进入火星环绕轨道，祝它好运！

当天，我们还观测记录一整天的太阳方位与太阳高度角，并绘制出当日太阳视运动示意图。（下图）

回到学校后，我们查阅了地球与火星的相关资料（下表），了解他们的主要物理性质。

地球与火星主要物理性质比较表

行星	距太阳 （地球=1）	质量 （地球=1）	体积 （地球=1）	自转周期	公转周期	表面大气温度
地球	1.00	1.00	1.00	23小时56分	1.0年	约15℃
火星	1.52	0.11	0.15	24小时37分	1.9年	约-63℃

（1）根据资料推断火星表面大气温度低于地球的主要原因。

（2）同学们绘制的太阳视运动示意图中没有标注方向，请你将东、西、南、北四个方向填写在其代表序号的横线上。

（3）描述“天问一号”从发射到进入火星轨道时段文昌的昼长变化状况。

【答 案】（1）与地球相比，火星距离太阳较远，接受太阳辐射较少；质量、体积较小，大气较稀薄（密度小），水汽、二氧化碳较少，保温作用较弱，表面大气温度较低

（2）①-西    ②-北    ③-东    ④-南

（3）7月23日至12月22日左右（或冬至日），昼渐短；12月22日左右（或冬至日），昼最短；12月22日左右（或冬至日）之后，昼渐长

【分析】

本题考查地球的宇宙环境及太阳高度角、昼夜长短的变化。影响两星球大气温度的高低与大气密度、与日距离有关，结合两星球的质量体积对大气密度的影响及与日距离进行分析。太阳视 运动图是以观测者为中心，目视太阳在天球上运行所形成的轨迹示意图。图示下面观测者所在的是地平圈，地平圈上方向的判读与普通地图上方向的判读方法基本一致，即“上北下南，左西右东”。月23日“天问一号”发射，将用7个多月的时间进入火星环绕轨道，即到2021年1月23日；7月23日至12月22日左右（或冬至日），太阳直射点向南移，过了冬至日后太阳直射点北移，结合太阳直射点位置判断昼长变化。

【详解】

（1）影响两星球大气温度的高低与大气密度、与日距离有关，结合两星球的质量体积对大气密度的影响及与日距离进行分析。火星与地球相比，火星距离太阳较远，接受太阳辐射较少；由表格材料可知，火星的质量、体积较小，对大气吸引力较小，大气较稀薄（密度小），水汽、二氧化碳较少，保温作用较弱，表面大气温度较低。

（2）太阳视运动图是以观测者为中心，目视太阳在天球上运行所形成的轨迹示意图。图示下面观测者所在的是地平圈，地平圈上方向的判读与普通地图上方向的判读方法基本一致，即“上北下南，左西右东”；头顶上方是天顶，7月太阳直射北半球，文昌日出东北、日落西北，正午时太阳在正南方位；以此可判断， ②-北、 ④-南；再结合“左西右东”判断，①-西 、 ③-东。

（3）7月23日“天问一号”发射，将用7个多月的时间进入火星环绕轨道，即到2021年1月23日；7月23日至12月22日左右（或冬至日），太阳直射点向南移，过了冬至日后太阳直射点北移；所以7月23日至12月22日北半球各地昼渐短；12月22日左右（或冬至日），昼最短；12月22日左右（或冬至日）之后，昼渐长。