工程師在淨室中與希望（Hope）火星探測器站在一起

關於行星，有個難纏的問題：它們實在太大了。每當我們將航天器送到一顆行星上，測得的結果將僅適用於此地，無可避免。

當科學家琢磨起行星的大氣層與天氣時，這一問題尤其難以解決。按定義來說，這些應當是全球現象，而它們以複雜的方式與其他全球現象互相作用。

科學家們擁有豐富的航天器觀測火星的歷史經驗，而這一難題卻使得他們仍對行星大氣的真正運作方式感到困惑-從上到下，從極到極，從黎明到黃昏再到黎明，它們如何變化？

若一切順利，一個來自行星科學新手國家的計劃將很快開始收集資料，幫助科學家全面瞭解火星大氣。阿拉伯聯合大公國（UAE）計劃於週二（7月14日）發射其首架行星際飛船，稱為“阿聯酋火星任務”，或“希望號”，發射時間定於美國東部時間（2051 GMT）下午4:51。

然後，耗資2億美元的探測器將繞火星巡遊七個月，於2021年初進入這顆赤色星球的軌道。按計劃，希望號將觀測火星至少一整個火星年（稍短於兩個地球年）探究火星大氣。

如果太空梭成功到達太空艙（團隊深知這是個艱難的命題），阿聯酋傳送的探測器將成為火星軌道上的第五或第六個實體。這一先後取決於阿聯酋飛行任務的時間表與中國天問一號火星探測器的時間表，後者也於今年夏天發射升空。

以人類探索火星的歷史遺產為基礎

在此之前曾有十二個探測器在火星軌道工作過，希望號的設計正基於火星航天器半個世紀的歷史。然而，計劃人員不希望整個計劃落入其它探測器已完成過的範疇之內。

“我們總是從先前的任務中學到許多，”負責希望號計劃的瑪麗亞姆·阿爾·沙姆西（Mariam Al Shamsi）是阿聯酋穆罕默德·本·拉希德航天中心（Mohammed bin Rashid Space Center）空間科學系主任，她告訴太空網（space.com），“沒有完美的任務，因此每個新任務都學習先前的任務得來的經驗。”科學家們認為，就希望號而言，該任務尤其從美國宇航局NASA的火星大氣與揮發演變（MAVEN）軌道飛行器中學到很多。

穆罕默德·本·拉希德航天中心的資料分析負責人赫莎·阿爾·馬特洛西（Hessa Al Matroushi）告知太空網：“這一計劃的科學原理與其它探察火星的計劃非常相似。但同時，它也帶來了補充，為一直以來空缺的部分提供瞭解釋。”

為了達到這一平衡，由工程師轉變為科學家的負責人們需要知曉迄今為止火星探索的範圍，並諮詢火星科學界。那之後，希望號計劃領導人得出結論：著重於大氣層將是這場計劃的最佳探索方向。

然後，是時候開始設計航天器

希望號計劃的專案科學家，MAVEN首席研究員布魯斯·雅各斯基（Bruce Jakosky）對太空網說：“不論航天器本身有多重要，我們都不希望派出兩個去測量同一個因素。我們將測量那些之前沒有意識到需要測量的資料。如此說來，希望號是基於之前的一切研究的。”

以希望為例，計劃負責人們發現使用和MAVEN和其他航天器相同的儀器，但將航天器置於一個完全獨立於先前的軌道上，便能夠解決火星大氣的一些關鍵問題。

希望號的大氣研究/希望的氣息（An Atmosphere of Hope）

希望號搭載三種儀器：紫外與紅外光譜儀，以及對可視光和紫外線敏感的成像儀。這些儀器被包裝在一個重達3000磅的航天器上（1350公斤），約需要七個月到達火星，並集中調查那赤色星球稀薄的、二氧化碳為主的大氣層。

儘管科學家從許多過往的航天器中獲取過大氣資料，希望還是帶來了一些新事物：它繞火星的赤道執行。沙姆西說：“我們的研究的獨特性來自執行軌道。”這一軌道使航天器能夠觀察火星低層大氣的狀況如何隨時間變化。

該任務的科學負責人，阿聯酋先進科學事務大臣薩拉·阿爾·阿米里（Sarah Al Amiri）在7月9日舉行的新聞釋出會上說：“這項計劃使我們全天候瞭解火星大氣層。它涵蓋了對火星的所有本地時間、所有區域的探測。這將是一種全面的瞭解，填補了大氣在整個火星年間如何隨時間、季節變化的空缺。”

然而，不僅是能彰顯天氣的低層大氣，希望號還將研究不斷演變的整個大氣層。尤其是瞭解熱層中發生了什麼。該層位於上層與下層大氣之間，距地面60至120英里（100至200公里）。在熱層中，氣體同時受火星表面與高層大氣的影響。

希望號儀器科學部經理法特瑪·洛塔（Fatma Lootah）告訴太空網：“熱層是高層與低層之間的過渡層。調查那裡發生的事非常有趣。”科學家們尤其期待希望號的資料能幫他們在高層和低層大氣中建立聯絡，而不是孤立地研究各個層。

希望號也可能帶來更多潛在的科學發現。如果它克服了重重困難，成功進入火星，將有助於許多其它研究。

其中一些研究已納入計劃的實驗目標。例如，希望號的軌道還將調整航天器的位置，定期拍攝從行星上散發出來的模糊的氫氣泡。 MAVEN在到達時曾發現了這種結構，但無法有規律地定期成像。

洛塔（Lootah）說：“這些照片看起來很酷。它們就像是火星的光環，看起來非常漂亮。我很期待看到這些圖片。”

這些影象還可以幫助科學家瞭解火星如何失去它的大氣層。從前，這顆星球的紅色還沒如此濃郁時，它擁有如地球般濃厚潮溼的大氣，但這層大氣如今已不見蹤影。不止如此，大氣層還在逐漸從行星的引力的拖曳中逃逸，漂流到太空形成了光暈。

當然，科學研究存在其必然：即使是最好的科學家，也無法預測行星的複雜性。雅各斯基（Jakosky）說：“我們執行過的每一項任務，發射的每架新儀器，都發現了過去我們甚至不曾思考過的問題。我們構思一個計劃進行測量，以回答某個特定問題，然後設計儀器，以便實行測量。大多數科研計劃，當然包括從古至今的火星探索計劃，如果我們僅僅是回答了那個最初的命題，大家會不免感到失望。”

這些潛在發現之一或許是沙塵暴。洛塔說：“我認為最令人興奮的就是從意料之外的資料中得到一些有趣的結果。我們稱之為偶發事件。希望號將覆蓋火星的很大一部分，意味著我們將看到更多的偶發事件。這也是值得期待的結果。”

馬特洛西（Matroushi）強調，即使是預期中的資料，也將最終帶來超出希望計劃本身的發現。阿聯酋因此決定將所有希望的資料公開。

她認為：“這項計劃是為實現我們的目標而開發的，但這些資料可以用於解答許多懸而未決的科研問題。我很樂意看到任何科研人員從希望號提供的資料中得到靈感。”

不僅如此，希望號的科學家們還期待著多年以來使用其他探測器的資料和各式模擬資料之後，首次使用自己建造的航天器的資料。 “這將是一種前所未有的感覺。”

這就是為什麼7月14日的發射並非該團隊的主要目標。阿爾·馬特洛西（Al Matroushi）表示：“所有人都將為這次發射感到興奮。但與2021年2月抵達火星相比，發射不過是第一步。當我們從探測器上看到第一張照片時，將是最激動人心的時刻，因為這是我們工作的起點。”

FY: 鐵鏽