為什么要去火星

苗千

特朗普在2017年3月21日簽署的S.442號總統令，使美國政府對美國航空航天局（NASA）進行財政支持成為法律。根據這條總統令，美國政府將為NASA持續提供資金支持，幫助科學家們在21世紀30年代把宇航員送上火星。

火星是太陽系中的第四顆行星，這顆行星距離地球2億多公里，只有地球六分之一大小，一個火星日大約有24.6個小時，一個火星年則有大約687個地球日。火星表面的平均溫度在零下60多攝氏度，表面遍布著火山和峽谷，如今它成為在月球之后，人類進行太空探索的下一個目的地。人類為什么要登上火星？因為越理解火星，人類就越能夠理解地球以及其他行星，火星代表了地球的另一種可能。

即使是不載人的太空探測，從地球到火星的路途上也充滿著艱險。人類向火星發射過數十個探測器，總共只有大約三分之一完成了任務。對于人類目前的技術來說，探測火星仍然是一個極具挑戰性的工作。把宇航員送往火星，再讓他安全返回地球，其技術難度可想而知。幾十年來，為了探測火星，為登陸火星做準備，人類發射了火星軌道探測器和探測車。“好奇號”火星車收集了火星表面的各項數據，而計劃在2020年發射的火星探測器則將探測在火星表面包括氧氣在內的各種可利用資源。這是人類向太空中拓展的必不可少的一步，也將解答一些問題：火星是否曾經適合微生物生存？人類在未來有沒有可能在火星生存？從火星我們能否看到地球的未來？

這個“熒熒如火”的行星被中國古人命名為“熒惑”，而古羅馬人則因為其血一樣的顏色以羅馬戰神命名其為“Mars”。美國航空航天局的飛行器“水手4號”（Mariner 4）在1965年第一次飛掠火星，為人類發回22張火星的清晰照片，展示出一個死寂的世界。但隨后越來越多的探測表明，火星曾經有過活躍的歷史，2004年，NASA發射的兩個火星探測器“精神號”（Spirit）和“機會號”（Opportunity）發現了在火星表面曾經長時間存在液態水的證據。2012年，火星探測器“好奇號”（Curiosity）進一步發現，火星的環境可能曾經適合微生物的生存。

對于火星更多的研究是在地球上通過望遠鏡進行的。人們可以看到這個被荒漠覆蓋的行星景觀也會呈現出季節性的變化。在火星的極點有冰層覆蓋，冰層的面積會隨著季節而改變。人類早就發現火星有兩個月亮，分別以戰神的兩個兒子命名火衛一（Phobos）和火衛二（Deimos）。這兩顆衛星因為自身質量不大，并不足以通過自身引力而形成球狀，因而有著像土豆一樣不規則的外觀。人們曾以為這兩顆衛星都是火星通過自身重力捕獲的小行星，而最新的研究結果表明，這兩個衛星可能有著截然不同的身世。

2017年3月20日，美國普渡大學的學者在《自然·地質科學》雜志發表論文，論述通過電腦模擬證明，火星在大約43億年前也和土星一樣擁有環狀結構——當時太陽系內部很多小天體撞擊火星形成的碎片，在火星的引力作用下形成了一個火星環，而后構成火星環的物質逐漸聚合成為一顆火星的衛星。這顆衛星要比現在的土衛一大很多，它受到火星引力的吸引，逐漸接近火星，最終被引力撕裂，衛星的一部分落在火星表面，另一部分則重新構成火星環——這些剩余的火星環經過漫長的時間又會重新成為一顆衛星，而后又會重蹈覆轍，再次被火星的引力撕裂。論文作者認為，如今的土衛一也在重復這個過程，它正在逐步接近火星，在大約5000萬至7000萬年之間，就將撞向火星表面，而后剩余大于20%的物質仍然會留在火星軌道上，再形成新的火星環（土衛二則可能是被火星引力捕獲的小行星）。

在40億年前，火星也可能擁有強烈的地磁場，而在35億年前，火星表面曾經發生過大洪水，這場洪水持續了多長時間、這些水最終都去了哪里，至今仍是未解之謎。目前火星表面的低溫和低氣壓環境使液態水無法長時間存在，解開火星上的水之謎，是人類理解火星氣候歷史的關鍵，同時也有助于人們了解火星環境是否曾經適合生命存在。在30億年前，火星的火山爆發非常頻繁，一些更年輕的火山則形成于10億？20億年前。火星擁有太陽系內最大的火山奧林巴斯（Olympus Mons），又有著壯觀的赤道大峽谷水手號（Valles Marineris）——這些景觀是由火星曾經活躍的地質活動和復雜的氣候條件共同塑造的。

2015年10月13日，美國航空航天局發布火星探測器“好奇號”在火星巖石上執行任務時留下的自拍照

理解火星火山的活動規律，將是理解火星內部構造的關鍵。NASA科學家在《地球與行星科學通訊》雜志上發表論文，論述關于火星火山的最新研究結果。文章中論述火星巨大的盾形火山阿爾西亞山（Arsia Mons）在它最活躍的時期，大約每100萬到300萬年的時間噴發一次巖漿，而它的最后一次噴發發生在5000萬年以前，其間地球正處于白堊紀-第三紀滅絕事件的過程中，火星火山歸于沉寂與地球上恐龍滅絕大約發生于同一時間。

人類想要登上火星，因為火星就在那里。史無前例的太空探索需要擁有超強動力的火箭發射系統和太空飛船。美國航空航天局正在研發的“獵戶座”載人探索飛行器（Orion Crew Exploration Vehicle）和太空發射系統（Space Launch System）將是載人火星探測計劃能否成功的關鍵。憑借著強大的動力，太空發射系統足以把載有4位宇航員的獵戶座飛船送入外層空間。這個系統的載荷、容積和能量都超過之前所有的火箭系統，并有著不斷改進的空間，不僅可以用于進行火星登陸，在未來還有可能用于土星和木星探測。

美國航空航天局在2015年完成了太空發射系統的關鍵設計。第一代太空發射系統的運載火箭Block 1高達98米，將有70噸的載荷，第二代的Block 1B將擁有115噸的載荷——隨后一代的Block 2將有143噸的載荷——這種可以進化的設計將使人類在短時間內進行深空旅行成為可能。太空發射系統將搭載著獵戶座飛船，使宇航員們探索人類從未到達過的太陽系深處，再護送宇航員們重新進入地球的大氣層，這個過程必將充滿艱險。

2017年3月8日，NASA的工程師們在亞利桑那州進行了獵戶座飛船的降落傘實驗。一架C-17運輸機在距離地面7.6公里的高空拋下一個獵戶座飛船的工程模型，模擬在發射之后宇航員放棄飛行任務，利用降落傘逃離的過程，試驗圓滿完成。按照計劃，在21世紀20年代太空發射系統將載著沒有宇航員的獵戶座飛船繞行月球之后返回地球，之后還會載著一名宇航員進行一次為期一年的深空旅行，為最終登陸火星做準備。