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“荧惑不惑--火星探秘”展
发布日期:2019-03-01    访问次数:    字号:[    ]

火星,太阳系八大行星之一,是一个类地行星。它有红色的外表和复杂的运动方式,在中国古代被称为“荧惑”。展览的名字是“荧惑不惑”,“荧惑”指的是火星,“不惑”指的是早期人类用肉眼和望远镜观测火星,航天时代之后,人类46次向火星发射了探测器,对火星的研究不断深入,火星神秘的面纱在被一层层揭开。我们相信,荧惑之惑将不再迷惑,火星将成为人类的第二家园。



本展览的主题是人类对火星的探索,展览包括“今日火星”“火星观测史”“现代火星探测”“火星气候”“火星地理”“火星健身房”“火星风景”“火星土壤与种植”“未来火星基地”和“火星影像”共十个版块。



在“今日火星”,我们可以看到火星今日的天气情况。今日火星天气:晴;最高气温:零下9摄氏度;最低气温:零下71摄氏度;气压825帕;日出时间6:46;日落时间18:55。以上数据来自于正在火星上工作的好奇号火星车,好奇号2012年8月6日着陆在火星的南半球,至今一直在工作,为我们揭开火星之谜立下了汗马功劳。我们可以和地球上的天气比较一下,想想看如果我们到了火星上,能受得了那里的气候吗?

在太阳系的8颗行星中,火星和地球的相似之处是最多的,在这10张信息图中,比较了地球和火星的多个物理特性。在火星上也有和地球类似的日长,也有一年四季,但也有很多地方不同,比如大气成分、重力和气候等等。了解了这些相同与不同,我们就可以展开合理的想象,人类如何移民火星、如何改造火星。



第二个板块是“火星观测史”。在这里阐述人类早期用肉眼观测火星,而后改用天文望远镜观测的历史。我们还展示了3台馆藏望远镜。它们是我馆从美国购置的古董望远镜的一部分。这些古董望远镜的制作时间是18到19世纪,我们相信其中有不少望远镜曾被用于观测火星。在展示柜里还有天文学家斯基亚帕雷利和洛厄尔分别绘制的火星地图的仿制品。

在望远镜观测时代,最为著名的是“火星运河”的争论。1877年意大利的斯基亚帕雷利观测火星时,记录了40条暗纹,他沿用了1869年“canali”的命名,而这个名称有“自然河道”和“运河”的双重含义。但译成英文时,人们错译为“运河”。这个错译,引发了人们对火星文明的联想。

另一幅火星地图的作者,美国的洛厄尔就是因为“火星运河”而兴起了观测火星的念头,他自费建立了天文台,绘制了大量的火星地图,撰写了很多火星的书籍。他一直坚信运河的存在,他还认为火星存在着发达的文明。不过,1909年,希腊的安东尼亚迪通过观测证实了火星运河并不存在。



接下来是“现代火星探测”。从20世纪60年代开始,人类向火星发射了40多个探测器,其中成功的还不到一半。这张图为大家总结了所有火星探测任务的类型、成功与否,以及参与的国家等信息。任务分为三类,飞掠任务指的是从火星旁边经过同时拍一些照片;轨道环绕任务指的是成为火星的一颗人造卫星,在轨道上持久地观测;着陆任务指的是在火星上软着陆。在成功着陆的7次任务中有四辆火星车,其中只有“好奇号”还在工作。而最新的探测器是2018年11月着陆成功的“洞察号”。



    1976年,“海盗1号”拍摄火星时,得到了一张著名的照片。这个火星上的地形酷似一张人脸。因为人脸所在的区域还有一些类似金字塔的结构,因此有些人认为这是火星曾经存在生命的证据。实际上,这张“人脸”只是光线和阴影的错觉。后来,许多探测器对此区域进行了观测,拍摄到分辨率更高的照片,证实了“火星人脸”只是一座普通的山丘,只是由于视角和光线的关系,被人想象成了“人脸”。



再往下是“火星气候”。火星的大气比地球稀薄100倍,大气压也只有地球的百分之一。尽管如此,这也足以出现不同的天气现象,比如云和风。火星上的沙尘暴是太阳系中规模最大的沙尘暴,能覆盖整个星球并持续好几个月,2018年火星大冲期间,就正好赶上一次火星全球规模的沙尘暴,“机遇号”火星车就是在那时和地球失去联系的。火星上的沙尘暴虽然规模很大,但由于空气稀薄,重力也小,所以如果吹在人的身上,感受并不强烈。在这里您可以体验一下,木星和火星上的风暴。



随着许多探测器的发射成功,人类对于火星的地形地貌有了更清楚的认识。接下来是“火星地理”板块。火星的地表地貌是由陨石撞击、风力、火山活动以及地质断层等因素所形成的。数十亿年前,火星还是一颗年轻的星球,它的内部运动将地表撕裂,产生了庞大的水手谷等裂谷。随后,滑坡、风力以及水流持续改变着裂谷。火山活动最早发生在数十亿年前,并且持续了很长时间。如今虽然不再有火山活动,但火星可能仍然处于火山活跃的状态。过去的熔岩喷发形成许多庞大的火山,其中包括奥林匹斯山。陨石坑大多分布在南半球,那里的地质年龄要比北半球更加古老,如庞大的希腊盆地。不过,整个火星上都分布着小型环形山。火星上的环形山比月球上的更加平坦,显示出了风蚀和水蚀的迹象,有些环形山几乎已经被抹平了。一些地貌特征似乎表明,水曾经在火星表面及地下流动过,塑造出了峡谷以及河道等地貌,不过这些证据仍然是不确定的。可能存在的河流或者海洋很久之前就已经全部消失了,如今只留下了水冰,它们主要集中在覆盖行星两极的冰雪高原中。

火星的最高点奥林匹斯山顶端到最低点希腊盆地底部之间的垂直距离大约是30千米,相比之下,地球的最高点和最低点(珠穆朗玛峰和马里亚纳海沟)之间的垂直距离只有19.7千米。再加上行星的半径不同,这意味着火星的“粗糙度”几乎是地球的三倍。

毫无疑问,奥林匹斯山是太阳系中最为庞大的火山。它的高度大约是24千米,是最高大的火山,而它的体积比地球上的任何盾形火山都至少大上50倍。奥林匹斯山是塔尔西斯地区的巨型盾形火山之一,该区域是火星上火山数量最多的地方,还拥有全火星最为年轻的火山 。这些火山演化的时间很长,可能已经沉寂了数亿年。奥林匹斯火山被认为是最为年轻的盾形火山。它的山顶存在一个复杂的喷口,喷口底部不同的区域对应不同的活跃期。最为庞大的中央区域被环状断层勾勒出来,它是较年轻的一个,形成于1.4亿年前。

水手谷是火星上构造活动塑造的最为庞大的地貌特征。它是一道长度超过4000千米、宽达700千米、平均深度8千米的峡谷系统。相比之下,美国亚利桑那州的大峡谷就相形见绌了。大峡谷的长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远处。水手谷呈东西走向。

在火星那个灰暗的表面上,两个明亮的白色极冠十分显眼。大致以北极为中心的那一片正式名称是北极高原,不过人们经常称其为北极冠。从地球上可以很容易地看到火星北极和南极的极冠,不过 现在有了飞越极地的空间探测器,可以让人们监测这里每日、每季以及更长期的变化。北极冠是以冰为主的山丘。比周围地区高数千米。它实际上由永久性的水冰冠组成的,有的地方覆盖着二氧化碳干冰沉积层,有的暴露在外,具体形态取决于火星上的季节。极冠大致呈圆形,不过从上方看去的话,其明亮的冰层组成了显著的旋转松散螺旋结构,南极冠也与之类似。

除了文字介绍,这个板块最突出的是一个直径1.2米的火星仪,采用不锈钢轧制而成(整球);画师在3D软件的指导下、利用手工绘制而成;该火星仪真实还原了火星表面的地形、地貌特征及表面纹理和色泽,对观众学习和了解火星的表面物理特征等知识有很好的帮助——直观、空间感明显。球体表面很容易找到几处较著名的地形特征——奥林匹斯山、水手谷、北极极冠等;同时,环绕不锈钢护栏的三处微缩火星地形景观正是上述三处著名地形;不仅如此,其中的奥林匹斯山、水手谷几乎正好与火星仪上的位置相对应,十分有利于掌握其相对火星表面的大小、分布位置及走向。微缩模型的一大特征是直观,模型以凹凸不平的结构、等比例还原了水手谷的裂谷深浅度。模型还原出奥林匹斯山高度的平缓甚至部分边缘处的塌陷特征、以及火山口的嵌套喷口特点。北极极冠模型则以海拔高度和表面颜色特征还原出北极极冠区域的地形特点,且被水冰和干冰覆盖,其中还分布有明显的北极裂谷。



第六个板块是“火星健身房”。在这个板块里知识内容以阐述火星表面的重力加速度特征为主,并以此展开其与太阳系其它行星、矮行星和卫星等的对比。并巧妙借助起跳的高度这一观众熟知的事项作为参照、让观众对各天体表面的重力加速度大小对比有了直观的感受,有意思的是,若是站在火星的卫星(火卫一)上纵身一跳,我们会跳出800多米高——按照等比例展示的话、已经超出了展墙的高度范围。火星表面重力加速度是3.72m/s2,大约是地球表面重力加速度的38%。一个10千克的杠铃,若是放在火星上,则感觉只有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,这是因为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米的话,那么在其它星球上起跳后可以达到的高度就写在杠铃的后方。比如我们登上熟知的月球,可以跳大约3米高,(因为月球的表面重力加速度是地球的大约1/6);而在重力加速度比我们更大的木星上,则只能跳起0.2米高(木星表面重力加速度是我们的2.5倍左右);在冥王星上可以跳起7.4米左右;最有意思的则是火卫一,可以跳845米之多。火卫一作为一个只有几十千米大小的小天体而言,它的表面重力加速度本来就比地球小很多,所以这一理论计算结果也是可以理解的。半椭圆形状是指跳跃的最高点的高度(距离下方坐标轴)与其下方的高度数据成比例——椭圆越高、意味着人在该星球上可以跳的更高,以至于火卫一的845米已经超出了本展墙的展示高度范围。眼前的两个杠铃,其中地球端是真实的金属杠铃,重10千克。火星端的是加以改造后的塑料杠铃,重3.8千克。用于对比体验同一个杠铃若是放在不同天体表面给人的“重量”感觉不同。



第七个板块是“火星风景”。前面这位宇航员的穿着我们是按照中国航天员“飞天”宇航服的样式制作的。宇航员左手还可以更换不同的标识牌,我们根据观众年龄差异制作了标识牌,还有春节的祝福。观众可以自由更换。而宇航员的背景,是来自于“机遇号”火星车实拍的照片。而地面的地贴,则是“凤凰号”实拍的照片。



再往下是“火星土壤与种植”。这个板块介绍的是火星土壤的相关内容。我们知道火星表面不是一无所有,它有细颗粒的物质覆盖,也就是火星土壤。根据探测数据可知,火星土壤几乎全是矿物质,没有有机物。因为火星上没有生命。而地球上不仅有矿物质,还有有机物、空气、微生物等等。不过,对于火星贫瘠的土壤来说,也可以种植一些对土壤要求不高的植物。但是,需要提前去除一些有毒物质,如果能够配合施肥就更好了。在地球上,人类也已经开始利用模拟的火星土壤种植农作物了。但在火星表面种植,仅仅土壤符合还不行,植物还面临低温、低气压、高辐射等各种考验。在展柜里,我们展示了分别用模拟火星土壤和地球土壤种植的多种植物,这是一个对比试验。



人类现在已经实现了火星的飞掠、环绕、着陆和巡视探测,但是尚未实现取样返回。不过,聪明的人类已经用地球上的物质配制出了火星土壤的替代品。在世界上,主要有四种模拟火星样品,分别是JSC Mars-1,MMS,Salten skov I 和ES-X。它们的初始物质不一样,而且作用也不完全相同。在左侧,我们还展示了火星和月球的模拟土壤,以及中国典型的几种土壤样品。模拟火星土壤是中国科学院国家天文台郑永春研究员提供,模拟月壤则是中国科学院国家天文台月球与深空探测科学应用中心所提供。而中国的几种典型土壤则来自于北京农林科学院。



第九个板块是“火星基地”。人类如此热衷研究火星,最终的目的是把火星改造为人类的第二家园。但在那之前,人类还有很长的路要走,这里的展墙上列举了要想移民火星,需要解决的五个关键难题,其中四个步骤都是关于如何把人安全地送上火星。然后是如何解决火星上的衣食住行等生活问题。在这里,我们准备了火星基地必须的一些组件,您可以根据基地搭建指南,建造您心目中的火星基地。



再往后,是我馆“火星陨石”藏品展示。火星陨石是目前人类获得的唯一火星岩石样品,能提供有关火星的物质组成、圈层结构、岩浆演化等方面的信息,是研究火星的重要途径。目前全世界共收集到219块火星陨石, 5块为降落型,其余为发现型陨石。

2011年7月18日,在摩洛哥上空突现耀眼的火球,它由黄色变成绿色,最终分裂为两半,在山谷地区听到了两次爆炸声,有不少居民目睹了这一奇观。2011年10月,当地牧民在提森特村庄附近陆续发现了带有熔壳的陨石碎块,共收集到12千克的样品。Tissint(提森特)是玄武岩质火星陨石,类似于地球上的火成玄武岩。该陨石是50多年来唯一新降落的火星陨石,也是人类历史上第五次目击火星陨石。由于该陨石降落后很快就被回收,是迄今为止最新鲜和污染程度最低的火星陨石,因此对火星地质和环境的研究具有重要的意义。至于另一个火星陨石NWA6963,2011年发现于非洲摩洛哥,部分表面覆盖黑色熔壳,为近年来发现的火星陨石的基本类型——辉玻无球粒陨石。



第十个板块是“火星影像”,我们挑选了数十幅探测器拍摄到的火星局部照片,在此向观众进行展示。通过高分辨率的照片,人类可以更深入了解火星。而在背后是由美国宇航局“海盗号”探测器拍摄的火星表面展开图。



2011年,我国曾与俄罗斯合作发射“萤火一号”火星探测器,遗憾的是以失败告终。我国2016年正式立项火星探测任务,并计划于2020年发射第一颗火星探测器,2021年着陆火星,并且力争实现一次性“绕、落、巡”科学目标。目前我国正在研制自己的火星车,并在我国西部青海选择了类似火星表面环境的地区进行相关模拟登陆实验等。2020年10月,火星将再一次迎来冲日,冲日前后火星与地球的距离会达到近两年多以来的最小值,这使得2020年成为又一个很好的火星探测器发射窗口。

How far is the Mars?火星究竟有多远呢,随着科技的进步,我们相信人类离火星会“越来越近”,并且终有一天我们会登陆火星,全面认识火星,期待“荧惑不惑”那一天的到来。

 

本次展览相对于以往临展做了不少创新性尝试:

其一,既立足本馆藏品资源,又充分挖掘馆外藏品资源。本展览以火星为核心内容,在各版块内容中恰如其分地展示了十八到十九世纪馆藏望远镜、馆藏火星陨石等弥足珍贵的藏品。还集中展示了中国科学院国家天文台提供的模拟火星土壤、模拟月壤样品和北京市农林科学院提供的中国代表性土壤样品。在临时展览里,尽可能丰富实物陈列内容,还将在开展后不断更新展品,做到展品常换常新。

其二,与通常实物陈列不同,该展览不仅有静态实物,还有生机勃勃的植物展示。在该展览里,设计了植物生长的对比试验,分别用模拟火星土壤和地球土壤种植同种植物,通过常见植物的多组对比试验进行形象展示,展览能更贴近公众生活,也更有利于观众了解知识。

其三,秉承我馆历来重视交互体验的展览设计理念。在不足400平方米的空间里,设计了包括“火星人脸”在内的4个交互体验的展项。每个展项分别对应一个火星知识点或天文故事,极大地提高了天文知识的互动参与性。

其四,该展览将可移动的设计思想贯穿始终,包括“火星风暴”在内的多个展项均为独立制作,便于拆卸和未来输出。在临时展览结束后,展项可输出馆外,不断扩大展览影响力,延续展览的生命力。

  






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