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“熒惑不惑--火星探秘”展
發布日期:2019-03-01    訪問次數:    字號:[ ?? ]

火星,太陽系八大行星之一,是一個類地行星。它有紅色的外表和復雜的運動方式,在中國古代被稱為“熒惑”。展覽的名字是“熒惑不惑”,“熒惑”指的是火星,“不惑”指的是早期人類用肉眼和望遠鏡觀測火星,航天時代之后,人類46次向火星發射了探測器,對火星的研究不斷深入,火星神秘的面紗在被一層層揭開。我們相信,熒惑之惑將不再迷惑,火星將成為人類的第二家園。



本展覽的主題是人類對火星的探索,展覽包括“今日火星”“火星觀測史”“現代火星探測”“火星氣候”“火星地理”“火星健身房”“火星風景”“火星土壤與種植”“未來火星基地”和“火星影像”共十個版塊。



在“今日火星”,我們可以看到火星今日的天氣情況。今日火星天氣:晴;最高氣溫:零下9攝氏度;最低氣溫:零下71攝氏度;氣壓825帕;日出時間6:46;日落時間18:55。以上數據來自于正在火星上工作的好奇號火星車,好奇號2012年8月6日著陸在火星的南半球,至今一直在工作,為我們揭開火星之謎立下了汗馬功勞。我們可以和地球上的天氣比較一下,想想看如果我們到了火星上,能受得了那里的氣候嗎?

在太陽系的8顆行星中,火星和地球的相似之處是最多的,在這10張信息圖中,比較了地球和火星的多個物理特性。在火星上也有和地球類似的日長,也有一年四季,但也有很多地方不同,比如大氣成分、重力和氣候等等。了解了這些相同與不同,我們就可以展開合理的想象,人類如何移民火星、如何改造火星。



第二個板塊是“火星觀測史”。在這里闡述人類早期用肉眼觀測火星,而后改用天文望遠鏡觀測的歷史。我們還展示了3臺館藏望遠鏡。它們是我館從美國購置的古董望遠鏡的一部分。這些古董望遠鏡的制作時間是18到19世紀,我們相信其中有不少望遠鏡曾被用于觀測火星。在展示柜里還有天文學家斯基亞帕雷利和洛厄爾分別繪制的火星地圖的仿制品。

在望遠鏡觀測時代,最為著名的是“火星運河”的爭論。1877年意大利的斯基亞帕雷利觀測火星時,記錄了40條暗紋,他沿用了1869年“canali”的命名,而這個名稱有“自然河道”和“運河”的雙重含義。但譯成英文時,人們錯譯為“運河”。這個錯譯,引發了人們對火星文明的聯想。

另一幅火星地圖的作者,美國的洛厄爾就是因為“火星運河”而興起了觀測火星的念頭,他自費建立了天文臺,繪制了大量的火星地圖,撰寫了很多火星的書籍。他一直堅信運河的存在,他還認為火星存在著發達的文明。不過,1909年,希臘的安東尼亞迪通過觀測證實了火星運河并不存在。



接下來是“現代火星探測”。從20世紀60年代開始,人類向火星發射了40多個探測器,其中成功的還不到一半。這張圖為大家總結了所有火星探測任務的類型、成功與否,以及參與的國家等信息。任務分為三類,飛掠任務指的是從火星旁邊經過同時拍一些照片;軌道環繞任務指的是成為火星的一顆人造衛星,在軌道上持久地觀測;著陸任務指的是在火星上軟著陸。在成功著陸的7次任務中有四輛火星車,其中只有“好奇號”還在工作。而最新的探測器是2018年11月著陸成功的“洞察號”。



    1976年,“海盜1號”拍攝火星時,得到了一張著名的照片。這個火星上的地形酷似一張人臉。因為人臉所在的區域還有一些類似金字塔的結構,因此有些人認為這是火星曾經存在生命的證據。實際上,這張“人臉”只是光線和陰影的錯覺。后來,許多探測器對此區域進行了觀測,拍攝到分辨率更高的照片,證實了“火星人臉”只是一座普通的山丘,只是由于視角和光線的關系,被人想象成了“人臉”。



再往下是“火星氣候”。火星的大氣比地球稀薄100倍,大氣壓也只有地球的百分之一。盡管如此,這也足以出現不同的天氣現象,比如云和風。火星上的沙塵暴是太陽系中規模最大的沙塵暴,能覆蓋整個星球并持續好幾個月,2018年火星大沖期間,就正好趕上一次火星全球規模的沙塵暴,“機遇號”火星車就是在那時和地球失去聯系的。火星上的沙塵暴雖然規模很大,但由于空氣稀薄,重力也小,所以如果吹在人的身上,感受并不強烈。在這里您可以體驗一下,木星和火星上的風暴。



隨著許多探測器的發射成功,人類對于火星的地形地貌有了更清楚的認識。接下來是“火星地理”板塊。火星的地表地貌是由隕石撞擊、風力、火山活動以及地質斷層等因素所形成的。數十億年前,火星還是一顆年輕的星球,它的內部運動將地表撕裂,產生了龐大的水手谷等裂谷。隨后,滑坡、風力以及水流持續改變著裂谷。火山活動最早發生在數十億年前,并且持續了很長時間。如今雖然不再有火山活動,但火星可能仍然處于火山活躍的狀態。過去的熔巖噴發形成許多龐大的火山,其中包括奧林匹斯山。隕石坑大多分布在南半球,那里的地質年齡要比北半球更加古老,如龐大的希臘盆地。不過,整個火星上都分布著小型環形山。火星上的環形山比月球上的更加平坦,顯示出了風蝕和水蝕的跡象,有些環形山幾乎已經被抹平了。一些地貌特征似乎表明,水曾經在火星表面及地下流動過,塑造出了峽谷以及河道等地貌,不過這些證據仍然是不確定的。可能存在的河流或者海洋很久之前就已經全部消失了,如今只留下了水冰,它們主要集中在覆蓋行星兩極的冰雪高原中。

火星的最高點奧林匹斯山頂端到最低點希臘盆地底部之間的垂直距離大約是30千米,相比之下,地球的最高點和最低點(珠穆朗瑪峰和馬里亞納海溝)之間的垂直距離只有19.7千米。再加上行星的半徑不同,這意味著火星的“粗糙度”幾乎是地球的三倍。

毫無疑問,奧林匹斯山是太陽系中最為龐大的火山。它的高度大約是24千米,是最高大的火山,而它的體積比地球上的任何盾形火山都至少大上50倍。奧林匹斯山是塔爾西斯地區的巨型盾形火山之一,該區域是火星上火山數量最多的地方,還擁有全火星最為年輕的火山 。這些火山演化的時間很長,可能已經沉寂了數億年。奧林匹斯火山被認為是最為年輕的盾形火山。它的山頂存在一個復雜的噴口,噴口底部不同的區域對應不同的活躍期。最為龐大的中央區域被環狀斷層勾勒出來,它是較年輕的一個,形成于1.4億年前。

水手谷是火星上構造活動塑造的最為龐大的地貌特征。它是一道長度超過4000千米、寬達700千米、平均深度8千米的峽谷系統。相比之下,美國亞利桑那州的大峽谷就相形見絀了。大峽谷的長度只有水手谷的十分之一,深度只有后者的五分之一。水手谷位于火星赤道以南不遠處。水手谷呈東西走向。

在火星那個灰暗的表面上,兩個明亮的白色極冠十分顯眼。大致以北極為中心的那一片正式名稱是北極高原,不過人們經常稱其為北極冠。從地球上可以很容易地看到火星北極和南極的極冠,不過 現在有了飛越極地的空間探測器,可以讓人們監測這里每日、每季以及更長期的變化。北極冠是以冰為主的山丘。比周圍地區高數千米。它實際上由永久性的水冰冠組成的,有的地方覆蓋著二氧化碳干冰沉積層,有的暴露在外,具體形態取決于火星上的季節。極冠大致呈圓形,不過從上方看去的話,其明亮的冰層組成了顯著的旋轉松散螺旋結構,南極冠也與之類似。

除了文字介紹,這個板塊最突出的是一個直徑1.2米的火星儀,采用不銹鋼軋制而成(整球);畫師在3D軟件的指導下、利用手工繪制而成;該火星儀真實還原了火星表面的地形、地貌特征及表面紋理和色澤,對觀眾學習和了解火星的表面物理特征等知識有很好的幫助——直觀、空間感明顯。球體表面很容易找到幾處較著名的地形特征——奧林匹斯山、水手谷、北極極冠等;同時,環繞不銹鋼護欄的三處微縮火星地形景觀正是上述三處著名地形;不僅如此,其中的奧林匹斯山、水手谷幾乎正好與火星儀上的位置相對應,十分有利于掌握其相對火星表面的大小、分布位置及走向。微縮模型的一大特征是直觀,模型以凹凸不平的結構、等比例還原了水手谷的裂谷深淺度。模型還原出奧林匹斯山高度的平緩甚至部分邊緣處的塌陷特征、以及火山口的嵌套噴口特點。北極極冠模型則以海拔高度和表面顏色特征還原出北極極冠區域的地形特點,且被水冰和干冰覆蓋,其中還分布有明顯的北極裂谷。



第六個板塊是“火星健身房”。在這個板塊里知識內容以闡述火星表面的重力加速度特征為主,并以此展開其與太陽系其它行星、矮行星和衛星等的對比。并巧妙借助起跳的高度這一觀眾熟知的事項作為參照、讓觀眾對各天體表面的重力加速度大小對比有了直觀的感受,有意思的是,若是站在火星的衛星(火衛一)上縱身一跳,我們會跳出800多米高——按照等比例展示的話、已經超出了展墻的高度范圍。火星表面重力加速度是3.72m/s2,大約是地球表面重力加速度的38%。一個10千克的杠鈴,若是放在火星上,則感覺只有3.8千克重。如果你在地球上能跳0.5米高,那么在火星上一蹦就是1.32米高,這是因為火星表面重力加速度比地球更小。此外,如果在地球上起跳高度是0.5米的話,那么在其它星球上起跳后可以達到的高度就寫在杠鈴的后方。比如我們登上熟知的月球,可以跳大約3米高,(因為月球的表面重力加速度是地球的大約1/6);而在重力加速度比我們更大的木星上,則只能跳起0.2米高(木星表面重力加速度是我們的2.5倍左右);在冥王星上可以跳起7.4米左右;最有意思的則是火衛一,可以跳845米之多。火衛一作為一個只有幾十千米大小的小天體而言,它的表面重力加速度本來就比地球小很多,所以這一理論計算結果也是可以理解的。半橢圓形狀是指跳躍的最高點的高度(距離下方坐標軸)與其下方的高度數據成比例——橢圓越高、意味著人在該星球上可以跳的更高,以至于火衛一的845米已經超出了本展墻的展示高度范圍。眼前的兩個杠鈴,其中地球端是真實的金屬杠鈴,重10千克。火星端的是加以改造后的塑料杠鈴,重3.8千克。用于對比體驗同一個杠鈴若是放在不同天體表面給人的“重量”感覺不同。



第七個板塊是“火星風景”。前面這位宇航員的穿著我們是按照中國航天員“飛天”宇航服的樣式制作的。宇航員左手還可以更換不同的標識牌,我們根據觀眾年齡差異制作了標識牌,還有春節的祝福。觀眾可以自由更換。而宇航員的背景,是來自于“機遇號”火星車實拍的照片。而地面的地貼,則是“鳳凰號”實拍的照片。



再往下是“火星土壤與種植”。這個板塊介紹的是火星土壤的相關內容。我們知道火星表面不是一無所有,它有細顆粒的物質覆蓋,也就是火星土壤。根據探測數據可知,火星土壤幾乎全是礦物質,沒有有機物。因為火星上沒有生命。而地球上不僅有礦物質,還有有機物、空氣、微生物等等。不過,對于火星貧瘠的土壤來說,也可以種植一些對土壤要求不高的植物。但是,需要提前去除一些有毒物質,如果能夠配合施肥就更好了。在地球上,人類也已經開始利用模擬的火星土壤種植農作物了。但在火星表面種植,僅僅土壤符合還不行,植物還面臨低溫、低氣壓、高輻射等各種考驗。在展柜里,我們展示了分別用模擬火星土壤和地球土壤種植的多種植物,這是一個對比試驗。



人類現在已經實現了火星的飛掠、環繞、著陸和巡視探測,但是尚未實現取樣返回。不過,聰明的人類已經用地球上的物質配制出了火星土壤的替代品。在世界上,主要有四種模擬火星樣品,分別是JSC Mars-1,MMS,Salten skov I 和ES-X。它們的初始物質不一樣,而且作用也不完全相同。在左側,我們還展示了火星和月球的模擬土壤,以及中國典型的幾種土壤樣品。模擬火星土壤是中國科學院國家天文臺鄭永春研究員提供,模擬月壤則是中國科學院國家天文臺月球與深空探測科學應用中心所提供。而中國的幾種典型土壤則來自于北京農林科學院。



第九個板塊是“火星基地”。人類如此熱衷研究火星,最終的目的是把火星改造為人類的第二家園。但在那之前,人類還有很長的路要走,這里的展墻上列舉了要想移民火星,需要解決的五個關鍵難題,其中四個步驟都是關于如何把人安全地送上火星。然后是如何解決火星上的衣食住行等生活問題。在這里,我們準備了火星基地必須的一些組件,您可以根據基地搭建指南,建造您心目中的火星基地。



再往后,是我館“火星隕石”藏品展示。火星隕石是目前人類獲得的唯一火星巖石樣品,能提供有關火星的物質組成、圈層結構、巖漿演化等方面的信息,是研究火星的重要途徑。目前全世界共收集到219塊火星隕石, 5塊為降落型,其余為發現型隕石。

2011年7月18日,在摩洛哥上空突現耀眼的火球,它由黃色變成綠色,最終分裂為兩半,在山谷地區聽到了兩次爆炸聲,有不少居民目睹了這一奇觀。2011年10月,當地牧民在提森特村莊附近陸續發現了帶有熔殼的隕石碎塊,共收集到12千克的樣品。Tissint(提森特)是玄武巖質火星隕石,類似于地球上的火成玄武巖。該隕石是50多年來唯一新降落的火星隕石,也是人類歷史上第五次目擊火星隕石。由于該隕石降落后很快就被回收,是迄今為止最新鮮和污染程度最低的火星隕石,因此對火星地質和環境的研究具有重要的意義。至于另一個火星隕石NWA6963,2011年發現于非洲摩洛哥,部分表面覆蓋黑色熔殼,為近年來發現的火星隕石的基本類型——輝玻無球粒隕石。



第十個板塊是“火星影像”,我們挑選了數十幅探測器拍攝到的火星局部照片,在此向觀眾進行展示。通過高分辨率的照片,人類可以更深入了解火星。而在背后是由美國宇航局“海盜號”探測器拍攝的火星表面展開圖。



2011年,我國曾與俄羅斯合作發射“螢火一號”火星探測器,遺憾的是以失敗告終。我國2016年正式立項火星探測任務,并計劃于2020年發射第一顆火星探測器,2021年著陸火星,并且力爭實現一次性“繞、落、巡”科學目標。目前我國正在研制自己的火星車,并在我國西部青海選擇了類似火星表面環境的地區進行相關模擬登陸實驗等。2020年10月,火星將再一次迎來沖日,沖日前后火星與地球的距離會達到近兩年多以來的最小值,這使得2020年成為又一個很好的火星探測器發射窗口。

How far is the Mars?火星究竟有多遠呢,隨著科技的進步,我們相信人類離火星會“越來越近”,并且終有一天我們會登陸火星,全面認識火星,期待“熒惑不惑”那一天的到來。

 

本次展覽相對于以往臨展做了不少創新性嘗試:

其一,既立足本館藏品資源,又充分挖掘館外藏品資源。本展覽以火星為核心內容,在各版塊內容中恰如其分地展示了十八到十九世紀館藏望遠鏡、館藏火星隕石等彌足珍貴的藏品。還集中展示了中國科學院國家天文臺提供的模擬火星土壤、模擬月壤樣品和北京市農林科學院提供的中國代表性土壤樣品。在臨時展覽里,盡可能豐富實物陳列內容,還將在開展后不斷更新展品,做到展品常換常新。

其二,與通常實物陳列不同,該展覽不僅有靜態實物,還有生機勃勃的植物展示。在該展覽里,設計了植物生長的對比試驗,分別用模擬火星土壤和地球土壤種植同種植物,通過常見植物的多組對比試驗進行形象展示,展覽能更貼近公眾生活,也更有利于觀眾了解知識。

其三,秉承我館歷來重視交互體驗的展覽設計理念。在不足400平方米的空間里,設計了包括“火星人臉”在內的4個交互體驗的展項。每個展項分別對應一個火星知識點或天文故事,極大地提高了天文知識的互動參與性。

其四,該展覽將可移動的設計思想貫穿始終,包括“火星風暴”在內的多個展項均為獨立制作,便于拆卸和未來輸出。在臨時展覽結束后,展項可輸出館外,不斷擴大展覽影響力,延續展覽的生命力。

  






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