火星探測6600年：一切過往，皆為序章

文｜行星事務所haibaraemily

火星，可能是日月之外人類最早注意到的天體之一，火紅色的整體外觀更是讓這顆行星格外惹人關注。古埃及人就曾直接稱火星為“紅色的那顆”。

在許多文化里，紅色的火星都和“戰爭、不祥”建立了聯系。中國古人稱火星為“熒惑”。早在春秋戰國時期，諸子百家的著作中就有大量關于“熒惑”的記載。“熒惑守心”這一地球和火星角速率不同造成的“彎道超車”視覺現象，被中國古人視為“大兇之兆”。

英文中的火星“Mars” 則是羅馬神話中戰神“瑪爾斯”的名字，連帶著兩顆小小的衛星都被命名為“Phobos”和“Deimos”，這是希臘神話中戰神兩個兒子的名字，意為“害怕”和“恐怖”。

熒惑守心

指火星在心宿（天蝎座）附近由順行轉為逆行或由逆行轉為順行的過程中，停留一段時間的現象。

我們如何描繪火星

17世紀，望遠鏡問世。但在此后的300多年里，人類主要借助“火星沖”（日、地、火近似呈一條直線）這樣的“自然窗口”才能更清楚地看到火星表面。在每26個月一次的火星沖前后，火星可以達到離地球最近的位置，許多火星表面地圖，都是天文學家們基于火星沖時期的觀測繪制的。

1840年，德國天文學家約翰·海因里希·馮·馬德勒和威廉·比爾發布了第一張完整的火星地圖，這也是第一張用經緯度標注地球以外行星的地圖。此后30年間，也有各種版本的火星地圖陸續問世，但最終一統江湖的，還是時任意大利布雷拉天文臺臺長喬凡尼·斯基亞帕雷利基于1877年火星大沖時期的觀測繪制的火星地圖。這張地圖中使用的諸多火星典型地貌的命名被后人廣泛采納，沿用至今。

似乎一切都在向著越來越好的方向發展，彼時的人類雖然裝備有限，但依然在一點一點增進對火星的了解。只是，誰也不知道為啥這路走著走著就歪了。

從當時的權威人士喬凡尼·斯基亞帕雷利開始，一些天文學家認為自己通過望遠鏡在火星表面看到了越來越多“線性溝槽”。在此后的近百年里，人們開始相信火星表面確實“阡陌交通、溝壑縱橫”，這些“溝槽”是火星人為灌溉而建造的“運河”。于是，這些壓根兒不存在的“火星溝槽”又讓人們與火星表面的真實形貌漸行漸遠，也讓“火星運河”和“火星人”的錯誤觀念一度深入人心。直到探測器時代來臨，這些迷霧才終于被無可爭議的事實撥開。

而我們的故事，就是從這里開始的。

探測器驚鴻一瞥

如果說望遠鏡的發明升級了人類的肉眼，那探測器的登場則為人類的凡胎插上了翅膀。

和想要近距離看清火星的望遠鏡時代相似，想要近距離探測火星，依然需要等待每26個月一次的“窗口期”。只不過，這次選擇窗口期的目的，從距離上的最近（觀測窗口），變為了讓探測器最節省燃料的能量上的最近（發射窗口）。

在1964年的火星發射窗口里，美國航空航天局（下文簡稱“NASA”）一口氣先后發射了孿生機“水手3”號和“水手4”號。11月5日發射的“水手3”號，在發射階段就遇到了一籮筐問題：探測器沒能完全從頭錐中彈出、太陽能板沒能展開、電池耗盡……最終，發射失敗。但正是這些問題的發現，為弟弟“水手4”號走向巔峰鋪平了道路。僅僅在23天后的11月28日，修復了所有已知問題的“水手4”號順利發射，又在8個月后成為人類第一個飛掠火星并傳回火星照片的探測器。

每當火星相對于太陽的位置領先于地球大概44°角的時候，從地球發射的探測器經過一個橢圓軌道（也就是“地火轉移軌道”）后，剛好會在幾個月后與火星自然相遇，這樣的時機每26個月出現一次。注意，這樣的發射時機并不對應于火星距離地球最近的時刻 ?NASA

“水手4”號共拍攝并傳回了22張火星南半球的照片，讓人類第一次近距離看到了火星表面的樣子。它還對火星大氣、磁場和空間環境做了初步探測?！八?”號的探測結果基本打破了人類對“火星人”的幻想。相比于地球，火星大氣稀薄，表面像月球那樣遍布撞擊坑。這里荒涼而沉寂，沒有發現任何支持復雜智慧生命存在的證據。

激烈的火星“爭奪賽”

第一次的驚鴻掠影當然不能讓人類滿足，環繞火星展開長期探測才能將這顆行星的每個角落都收入眼底。1971年的發射窗口，美國和蘇聯迎來了激烈的火星“爭奪賽”。

在短短21天里，美蘇相繼發射了5顆火星環繞器。最終，NASA的“水手9”號后發先至，率先于1971年11月14日進入環火星軌道，成為人類第一個火星環繞器。自此，人類終于可以駐留在火星附近長期觀測了。

“水手9”號、“火星2”號和“火星3”號抵達火星時，恰巧正趕上火星全球性的沙塵暴。但“水手9”號迅速調整了狀態，堅持到了沙塵暴平息，最終獲得了遠優于“火星2”號和“火星3”號的探測成果。僅就拍照這一項，“水手9”號就拍攝了并傳回了7329張火星表面照片（“火星2”號和“火星3”號共傳回了60張照片），覆蓋了火星表面85%的區域，一舉超過了之前所有火星探測器的拍攝數量總和。

巨大的火山、深長的峽谷、復雜的渠道、熔巖的遺跡，甚至火衛一和火衛二的表面——在“水手9”號的幫助下，火星和兩顆衛星的大部分樣貌，終于一一呈現在了地球人的視野之下?；鹦亲顗延^的“水手峽谷”，就是以“水手9”號命名的。

探測器踏上火星

環繞探測固然能為我們提供近乎火星全球的整體信息，但實地考察的重要性也不可替代。沒有什么比真正踏上火星表面，近距離探測火星更讓人類心馳神往的了。

1975年的火星發射窗口，NASA先后發射了孿生機“海盜1”號和“海盜2”號。每艘“海盜”號都由環繞器和著陸器組成，環繞器進入環火星軌道飛行一段時間后擇機釋放著陸器?！昂１I”號著陸器采用了最傳統的“降落傘+反沖火箭”的著陸方式，和后來的“鳳凰”號、“洞察”號如出一轍。1976年7月20日和9月3日，短短一個半月間，“海盜1”號和“海盜2”號的著陸器相繼踏上火星上遙遙相對的兩片土地：克律塞平原和烏托邦平原。它們不僅是美國，也是全人類首批成功著陸火星并順利開展工作的探測器。

第一張在火星表面拍攝的照片，1976年7月20日，由“海盜1”號著陸幾分鐘后拍攝傳回

盡管嚴格來說，蘇聯的“火星3”號才是第一個成功軟著陸火星表面的探測器，但非常遺憾的是，它在著陸僅20秒后就迅速失聯，沒能順利開展探測工作，連拍攝的第一張照片都沒能傳全乎。沒有人知道“火星3”號著陸器攜帶的火星車是否成功釋放，是否在火星上走上過幾步。

“海盜”號的兩艘環繞器也各有精彩。它們在任務期間拍攝了大量火星及兩顆火衛表面的高清照片，質量遠勝于之前“水手9”號傳回的照片，火星表面積的覆蓋率更是高達97%，再一次刷新了人們對火星表面的認識。

“海盜”號的成功標志著美國在太空競賽火星賽場上取得了壓倒性勝利，此后，美蘇在太空競賽上都陷入了長時間的沉寂。

拉開全盛時代的序幕

1996年底，NASA的“火星全球探勘者”號環繞器發射成功，次年進入環火星軌道。在長達9年的火星歲月里，這顆探測器取得了諸多令人驚嘆的科學成就。

它用激光高度計獲取了迄今為止分辨率最高的火星全球地形數據，至今仍是各種科學探測和研究的重要參考。通過這些地形數據，科學家們讓火星北半球低地中許多被掩埋的古老撞擊坑和盆地“重見天日”，這意味著，火星看似平坦的北部低地，其實并不比撞擊坑遍布的南部高地年輕，反而更加古老。

它發現了數百處流水形成的沖溝，這意味著火星表面可能在不久的過去還有過液態水流動。

“火星全球探勘者”號正式開啟了此后30年火星探測的全盛時代。自此，對火星進行全方位、更深入的科學探測成為各國火星探測的核心目標。

火星“飆車”

1997年，“火星探路者”號著陸器帶著人類第一輛火星車“旅居者”號成功登上火星表面。作為NASA第二屆“發現級”項目的成員，“更快、更好、更便宜”是它們的立身之本。更輕、更小的“火星探路者”號首次使用氣囊來完成降落傘空投之后的緩沖減速，在著陸成功之后釋放火星車“旅居者”號。

盡管兩個著陸任務僅僅工作了3個月（但已超過設計壽命），火星車僅累計移動了約100米，但“火星探路者”號和“旅居者”號作為著陸探索火星的先頭部隊，為后續NASA的火星著陸任務驗證了技術、開辟了道路。

人類尋水而來

21世紀悄然來臨。

在2001年的發射窗口期間，NASA將環繞器“火星奧德賽”號送往火星。“火星奧德賽”號的重大成就之一，是它搭載的伽馬射線譜儀首次在火星上探測到了氫的存在，間接證實了火星地下含有水冰。這艘探測器至今仍在一圈一圈環繞著火星進行科學探測，同時，還為火星上的著陸任務提供通訊中繼，它是目前為止所有的火星探測器里待機時間最久的一個。

“火星快車”號搭載的可見光與紅外線礦物光譜儀探測到的火星水合礦物分布圖

2003年的發射窗口，歐洲航天局（下文簡稱“歐空局”）發起了對火星的首次嘗試，將環繞器“火星快車”號和著陸器“小獵犬2”號送往火星。“火星快車”號絕對稱得上首戰成名，雖然“小獵犬2”號著陸后失聯了，但絲毫不妨礙“火星快車”號一路開掛的科學發現。

“火星快車”號搭載的可見光與紅外線礦物光譜儀在火星表面多處檢測出了水合礦物，表明火星表面在很久以前可能有大量液態水流過。其測地雷達更是首次在火星地下發現了疑似液態水湖。

NASA在這個賽季也同樣輝煌。孿生機“勇氣”號和“機遇”號火星車相繼成功發射，并在2004年1月相繼著陸在火星遙遙相對的古謝夫撞擊坑和子午平原，它們的目標是探尋火星上的水。

由于只能通過太陽能板供電，“勇氣”號和“機遇”號原本的設計壽命只有90天。然而，誰也沒有想到，原本被視為災害的火星塵卷風卻時不時幫它們清除了太陽能板上的灰塵，讓它們活力四射地持續工作了好多年?！坝職狻碧柡汀皺C遇”號的探測結果進一步證明：火星上曾經有過溫暖濕潤的環境，那時候的火星或許是適宜生命生存的。

2007年，NASA“鳳凰”號著陸器發射升空，次年降落在火星北極一帶，是目前人類最北的火星著陸任務?！傍P凰”號和后來的“洞察”號著陸器采用的都是傳統的反沖火箭著陸方式，而且兩者在外形上也有直接的繼承。挖土小能手“鳳凰”號不負眾望，很快就在著陸區一帶的土壤下挖出了高純度水冰，證實了火星真的有水。

火星探測器的“火眼金睛”

2005年，NASA的另一件利器——火星勘測軌道飛行器（MRO）發射升空。它攜帶的高分辨率相機（HiRISE）為地球人帶來了火星局部超高像素的照片，甚至比許多地球衛星拍攝的地球表面照片都清楚。

海量的高清照片不僅讓地球人大開眼界，也讓諸多更為精細的火星地質研究成為可能，一圈一圈環繞火星持續拍攝的高清照片，更讓行星科學家們能夠觀察到火星表面各種隨時間變化的奇特地貌——四時之景不同，而樂亦無窮?；鹦?，以一種極致清晰的面貌呈現在人類眼前，甚至讓科學和藝術都模糊了邊界。HiRISE相機在火星上發現的季節性斜坡紋線，更是讓人們懷疑，火星表面直到近期都還有小規模的含鹽液態水季節性出沒。

火星勘測軌道飛行器攜帶的高分辨率相機拍攝的火星高清細節

火星上生命何在？

早在1976年，NASA的“海盜”號任務就致力于探測火星生命。承載著來自地球人對火星生命的殷切期盼，兩艘著陸器都攜帶了生物實驗裝置，用于分析火星的氣體樣品，并通過遠程采樣臂鏟取火星的土壤樣品。令人失望的是，盡管部分探測結果顯示出一些疑似生命產物的痕跡，但都沒有被科學界廣泛采信——“海盜”號沒有得到火星是否存在（過）生命的明確證據。

30多年后，NASA的“好奇”號火星車接過了生命探測的火炬。2012年8月，“好奇”號成功著陸于火星赤道一帶的蓋爾撞擊坑中，目標探索遠古火星可能遺留的水和生命痕跡。

它不僅可以通過拍照等遙感方式遠程探測火星表面的形貌成分，還能在火星上鉆孔，直接采樣分析火星樣本的成分。它是彼時人類最昂貴、最先進也最重的火星車，光是重達900千克這一項，就讓NASA不得不首次啟用空中吊車這種著陸火星的“黑科技”。自此，反沖火箭、氣囊和空中吊車成為火星著陸三大法寶。

盡管自拍狂魔、鉆孔小能手、激光筆達人、行走的化學實驗室及火星地質學家“好奇”號至今仍未發現火星生命的實證，但它已經在火星上發現了越來越多豐富的復雜有機物和曾經適宜生命生息的環境——這依然給了我們無限希望。

凝視于外，洞察于內

2013年和2016年的火星發射窗口，NASA的MAVEN任務，以及歐空局與俄羅斯聯邦航天局合作的“痕量氣體軌道器”（TGO）相繼前往火星，它們的目標都是探測火星大氣。

不過，前者的重點在于探索失去磁場的火星是如何逐漸失去大氣層的；后者則想進一步了解火星大氣中的甲烷等痕量氣體，試圖從另一個角度認識火星上的有機物，和可能存在的生命活動。

“好奇”號的“激光筆”（化學相機）工作示意圖

“好奇”號在火星表面鉆孔，每個孔直徑約1.6厘米，下方的孔深6.4厘米

2018年，“好奇”號在火星鉆孔樣品的熱分解產物中發現了多種復雜有機物

除了探測火星大氣，NASA的探測任務還將目標鎖定在了火星的內部結構研究上。

早在1976年，兩艘“海盜”號著陸器就攜帶了火震儀，希望借此探測火星的內部結構。但遺憾的是，兩個火震儀均未能按計劃工作。而這份遺憾，直到40多年后的“洞察”號著陸，才終于得到彌補。

2018年，NASA的“洞察”號著陸器奔赴火星。“洞察”號攜帶著火震儀和熱流檢測儀等儀器，目標是探索火星的內部結構、熱狀態、自轉變化等星球物理性質?；鹦墙K于迎來了第一位“星球物理學家”。

盡管熱流檢測儀的安裝遇到了一些困難，但火震儀已經觀測到數百次不同震級的火星震動?！岸床臁碧栐诮酉聛淼臅r光里，還會繼續溫柔地聆聽火星的心跳，感受火星的體溫。

2020年“乘風破浪”

2020年，人類再次迎來火星發射窗口。眺望這顆紅色星球，難免感慨，這可能是人類有史以來火星探索最輝煌和繁盛的時期。盡管人類不再急功近利地沖刺發射數量和頻率，但質量更優、分工更明確、待機時間更長的探測器，讓今天的火星成為地球以外擁有現役探測器最多的天體。

“火星奧德賽”號、“火星快車”號、火星勘測軌道飛行器、“曼加里安”號、MAVEN、痕量氣體軌道器（TGO）、“好奇”號、“洞察”號——“乘風破浪”的“6+2天地組合”火星探測器至今仍在努力工作，為我們帶來源源不斷的驚喜。

在諸多探測數據的積累下，如今的我們對火星的認識早已今非昔比。從火星的大氣層、表面到內部結構，從火星的過去、演化到現在——短短60年里，人類火星探測所獲得的新知，早已遠超過去數千年來對火星認識的全部。

期待人類創造新輝煌

這份輝煌和繁盛還遠遠沒有結束。

2020年7月，新的“火星賽季”再次開啟。除了ExoMars二期任務臨陣退賽之外，阿聯酋的“希望”號、中國的“天問一號”、NASA的“毅力”號和“機智”號都已如約前往火星。已經在火星耕耘良久的“6+2天地組合”又將迎來新的伙伴。

在火星“尋水”的征途已經找到答案之后，人類似乎又重燃了40多年前對兩艘“海盜”號的期盼：火星上曾經有過生命嗎？火星上現在還有生命嗎？甚至更多更長遠的期待：人類何時能采集火星的樣品送回地球研究？何時能在火星上建立短期或長久的探索基地？

或許這一天已經不遠了。

在這條前往火星的探索之路上，人類有過急功近利，有過穩扎穩打，有過高歌猛進，有過黯然離場，有過意料之外的驚喜，也有過幻想破滅的失落……從1960年到2020年，60年，對人類的壽命來說已經足夠漫長，但在歷史長河中又是如此短暫，不過彈指之間。

或許千百年后，當我們的后代回憶起這段“刀耕火種”的蠻荒探索史，也會如今天的我們看著原始先民奮力劃著木桶想要橫渡大西洋一樣，覺得原始而笨拙。但這份“無知無畏”和無盡的好奇與向往，卻正如人類火星探測任務的每一個名字一樣—勇氣、機遇、好奇、洞察、毅力、機智、天問，印證著人類向著星辰大海進發時，留下的奮進和不屈的足跡。

雄心勃勃、迎難而上，堅忍執著、不懼失敗，永遠探索——

這，就是地球人。