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平太阳日 穿越“黑色7分钟”

2021年5月15日，历史定会记住这一天。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，成功“落火”。这次着陆有多不容易？实现着陆后，火星探测任务还要迈过哪些难关？
你想问的都在这里
1.为何环火飞行3个月后才着陆？
2021年2月10日晚，“天问一号”到达火星附近，并进入环火轨道，为着陆火星作准备。可这一准备，就是三个多月。“天问一号”为什么这么“墨迹”呢？
一是变轨。这是为了让“天问一号”从当前的低倾角大椭圆轨道，变为倾角接近于90度的“极地轨道”，让“天问一号”环绕火星飞行的每一圈都经过南北两极，实现对火星各区域的探测覆盖。
二是实施着陆准备，包括对预设着陆点使用相机进行探察，为着陆器和巡视器的组合体进入火星大气做准备。
在此期间，环绕器用携带的中分和高分相机、磁强计、矿物光谱分析仪等设备对火星开展多维度探测，包括对预定着陆区进行详细的地形、地貌探测，对着陆区附近区域进行沙尘暴探测，择机实施火星着陆。
2.着陆区为何选择乌托邦平原？
乌托邦平原位于火星北半球，是火星上面积最大的平原。而且地形平缓，陨石坑较少，地质年龄较轻，地壳较薄，是更理想的降落地。
另外，在乌托邦平原距离地面1到10米的浅表底层下方可能有大量地下水冰存在，储水量相当于地球面积最大的淡水湖——苏必利尔湖。专家分析，着陆点选在古海洋与古陆地交界处，或可取得意想不到的科学成果。
3.为何业内用“黑色七分钟”来形容“落火”过程？
“落火”过程中，天问一号探测器要以合适的角度切入火星大气层，角度太小则无法进入大气层，角度太大又会因为被大气层过度加热而烧毁，而且，探测器要在7分钟左右的时间里，将时速从约每小时2万千米降至0，实现软着陆。
这样一个复杂、精密的降落过程被业内称作“黑色七分钟”。因为这七分钟是火星探测器任务中最惊险的部分。地球传信号到着陆器要10多分钟，远大于7分钟的着陆时间。这就意味着降落全程的所有动作都需要着陆器自己完成，这对软件和硬件要求极高。据了解，世界上40多次火星探测任务，安全度过这7分钟的仅有9次。
4.天问一号率先到达火星，为何毅力号捷足先登？
很多人很好奇，明明是天问一号先发射，先到达火星，为什么天问一号要三个月后才能降落火星。
一般而言，火星探测任务都会采取“绕”“着”“巡”分开的形式以降低难度。美国也仅尝试过了火星着陆与巡视探测（已经有8个探测器成功登陆火星），而我国第一次独立探火就瞄准殿堂级高难度科目——世界上第一个首次通过一次任务实现火星环绕、着陆、巡视（探索）3 种探测目标的国家，因为2020年是人类火星探测史上重要窗口，发射探测器理论飞行时间最短（5个月），错过就需要再等两年，中国想要趁这个机会多进行火星探测任务，因此天问一号“身兼多职”，这样也可以节省研发经费。
中国第一次登陆火星，对火星还不熟悉，不清楚火星的具体情况，如果贸然降落，风险很大，因此登陆火星之前需要先采集火星数据，而毅力号则是直接降落火星。
5.火星与地球有“时差”吗？
火星的一天一夜，和地球一样是24小时吗？凭直觉好像不是。那么，火星上的一天和地球上的一天， “时差”究竟差多少？
通俗来说，星球自转一周为一天。科学家虚构了“平太阳”这样一个参照点，其运行速度等于太阳在黄道面运行的平均速度，平太阳的连续两次上中天，则成为一个平太阳日。
太阳系的行星在自转的同时，还都围绕太阳做公转运动，因此地球相对于恒星背景的运动才更加反映地球的自转。以恒星为参考，春分点连续两次上中天的时间间隔，则为一个恒星日。
因此，按照地球上定义的时间尺度，火星上的一个平太阳日为24小时39分35.244秒，地球的平太阳日则是24小时，两者之间差距39分35秒多；在更反映自转周期的恒星日方面，火星一个恒星日为24小时37分22.663秒，地球则为23小时56分4.099秒，两者之差更是达到了约41分19秒。
6.后续还要迈过哪些难关？
与之前其他国家分几次完成不同，我国的“天问一号”探测器要一次性完成“绕、落、巡”。目前，我们已经完成了“绕”和“落”的过程。接下来，开始“巡”这个阶段的工作。
“祝融”号火星车预计将在火星上运行约90天。在这期间，它将近距离采样并将数据存储下来，定期传回地球。这一阶段，可能遇到的较大风险就是沙尘暴了，像之前的“勇气号”火星车等也遭遇过沙尘暴的麻烦。如果火星上的沙尘暴覆盖了“祝融”的太阳帆板，就会让帆板效率降低。不过，火星车可以通过抖动把一部分沙子去除。

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