出發! 目標火星

文圖

2020年7月23日12點41分左右，我國長征五號遙四運載火箭在海南文昌發射中心發射升空，本次搭載的是“天問一號”火星探測器。這是我國首次自主探測火星。我們火星探測雖然起步晚，但是起點高，難度大，要通過一次任務實現火星環繞、著陸和巡視。“天問一號”這個名稱源于屈原長詩《天問》，表達了中華民族對真理追求的堅韌與執著，體現了對自然和宇宙空間探索的文化傳承，寓意探求科學真理征途漫漫，追求科技創新永無止境。

我們從何處來？我們是誰？我們向何處去？這是人類自從有意識起在不斷對自己發起的"靈魂三問"，也是所有哲學需要解決的終極問題。漫長的人類進化史，本質上就是人類不斷挑戰自身極限，用創造出來的生產力去解答這三個問題的過程，人類所有的科學、技術、工程、藝術、文化等都為之而服務。

約50億年前的宇宙洪荒中，一大團星際分子云聚集在我們現在的太陽系中，它們不斷互相吸引碰撞形成一個恒星育嬰室，太陽的雛形逐漸形成，它占據了約99.9%的質量。剩下的0.1%，形成了八大行星和數以億萬計的矮行星、小行星、衛星、彗星。而太陽系內廣泛存在的金銀銅鐵金屬，它們來源于劇烈的超新星爆炸，這意味著太陽本身就是百億年前涅槃重生而來的新一代恒星。

地球也是其中一小部分固體和氣體聚集而來的行星。太陽僅僅賜予了她22億分之一的能量，便滋養了這個星球上的世間萬物。從十多萬年前遠古智人走出非洲，到今天遍布世界各地的75億人口，地球成為孕育人類和文明的唯一母親。人類所有的愚昧與文明、羞恥與輝煌、戰爭與死亡，都匯聚在這一顆藍色的星球上。

如果將地球的壽命化作24小時，智人才走出非洲不到2秒鐘，而最古老的兩河流域文明出現還不到一次眨眼的時間（0.2秒）。數萬年前語言發明后，人類能夠口口相傳自己祖先為數不多的傳說;一萬年前經歷了文字的革命，人類開始記述自己的歷史，人們開始清楚自己的身世和祖先族譜。

1859年查爾斯·達爾文的《物種起源》發表后，人類逐漸明白自己只不過是地球上億萬物種中能適應當前時代的一種，且承襲了無數奠基物種的優勢才得以維持到今日;是一種哺乳綱靈長目人科人屬智人種，而祖先為人猿/古猿。直到新世紀初人類基因組測序計劃的完成，人類更加清楚了自己的身世，基因也為我們揭露了人類是如何一步步從樹上到地上、從非洲到美洲、從出生到死亡的進化密碼。我們知道了自己的歷史，也知道了自己的秘密。

然而，一直有一個重要的問題無法被解答，我們最終會向何處去？

1969年7月20日20時18分04秒（UTC時間），阿波羅11號的阿姆斯特朗和奧爾德林成功登陸月球。直到1972年12月9日，共計12位宇航員踏上月球表面，這12位從此被定義為：一種能夠同時生存在地月系統內的物種。此后45年內，這個名單從未再擴大。人類的極限被鎖定在38萬千米。

但是目前人類的可探測宇宙半徑已經達到了465億光年。一光年是光走一年的距離，長度大概是9.46萬億千米！如果讓人步行走的話，走完一光年得要2億2000萬年。

按照這個比例，以465億光年宇宙半徑來比，人類明確知道的宇宙，大概相當于1*10的17次方分之一不到。這是個什么概念？假如類比于一個中國人從山東的海岸開始探測占了地球三分之一面積的太平洋，假設太平洋寬度占了地球赤道一半，為20000千米。他大概從海岸出發前進了2*10的負11次方米，還要再走30倍距離才能走過第一個水分子！可以說，人類對于宇宙的了解，連坐井觀天的水平都還遠沒有達到！

因此，我們不禁想反問自己這么幾個問題：如果我們是由地球生物演化而來的，那么最早的地球生物來自哪里？而未來我們這種地球生物真的會永遠停留在地球這顆極其不顯眼的行星上嗎？人類在宇宙中孤獨嗎？

隨著人類對太陽系外行星的研究，截止到目前人類已經發現了超過4000顆行星，開普勒望遠鏡更是驗證了平均下來每一顆被觀測的恒星系統都會擁有一顆行星。要知道銀河系內的恒星數量大約有1000億顆～4000億顆，而宇宙中像銀河系這樣的大型星系更是可能高達1000億個，更何況宇宙的半徑也在隨著人類觀測能力的提升逐漸擴大。

即便在太陽系內，木星系統內的木衛二、木衛三、木衛四和木衛六，土星系統內的土衛二和土衛六都發現了液態水乃至存在生命的可能性。隨著人類對火星的探索，水、甲烷、二氧化碳、高氯酸鹽的不斷發現都讓人對火星地下的生命痕跡充滿了遐想。

但不管怎樣，任何一種生物的發現，無論是高等級猶如科幻小說中的文明與生物，還是如同地球幾十億年前的初級生物，它們都將回答所有人類的一個終極問題：我們是否是宇宙唯一的天之驕子？答案：不是！人類將被定義成一種新物種：一種暫時只能生活在一顆行星（地球）和最遠到它所屬衛星（月球）的高等級碳基生物。但是人類顯然不能滿足于此，我們需要變成：一種跨行星乃至跨星系的可實現宇宙一定距離內航行的高等級碳基生物。

人類宇宙航行之旅的下一站，就是火星！

宇宙中最普遍的星體是恒星和行星，從定義恒星的古人視角而言：恒星是“恒定地”待在一個固定的位置，因為它們距離地球乃至整個太陽系實在太過遙遠，即便是距離我們最近的比鄰星也達到了4.2光年之遠，這個距離相當于40萬億千米，遠遠大于地球圍繞太陽運轉半徑的1.5億千米，那么從地球上每天在固定的時間看它們的位置幾乎就是沒有變化過。而我們觀測中看到的它們所謂運動僅僅是地球地軸指向和自轉造成的，稍微有點觀測經驗便不會受這些因素影響。

而相比而言，行星卻總是在夜空中“運動著”，這也是它得名的原因。而由于行星本身并不像恒星一樣發光發熱，它們只能依賴反射恒星的光線才能為我們所見，因此在古代的人類肉眼看來，深邃的天空中僅僅有6個物體是在長期運動的：圍繞地球運動的月球，和太陽系內的五個距離地球較近的行星：金星、木星、水星、土星和火星。

有了這些基本常識，我們來介紹下古代中國對于火星的認知。古老的中國天文學極其發達，幾乎歷朝歷代都有觀星臺（今天被叫作天文臺）和專門的官員負責夜觀天象，這五顆行星也因此成了重要的觀測物。五行是中國非常古老的一種黃老之學和道學的系統觀，在中國最古老的六經之一、先秦史書《尚書·洪范》中已經有了五行的說法。它幾乎可以用來解釋任何一個方面，從哲學、占卜、中醫、歷法、社會學、王朝更替到宇宙由五行組成的世界觀，皆是如此。而在五顆行星的命名方面，自然也沿用了五行的說法。

火星則由于幾乎一直可見、但星等變化極大、令人捉摸不定，且它表面由于大量氧化鐵的存在而呈現出橙紅色，總體上看起來仿佛熒熒如火而被叫作熒惑，就是火星。

火星之所以這么讓人感覺詭異還有一個很重要的特點：在地球上觀測它的運動軌跡非常奇怪，有時在往前走有時卻在往后退。所以火星的位置、亮度、顏色都呈現捉摸不定的特點，因而在中國文化中被賦予了戰爭、水患、瘟疫、地震等各種災難的象征，視為不祥的象征。

其實這是由它和地球的軌道周期和軌道位置決定的，火星距離太陽為1.67個天文單位（地球到太陽距離為標準1個天文單位），從地球看來它的會和周期是大約是780天，大概是地球上一年的2.14倍。這意味著每隔大概2年2個月時間，地球就會和火星再次“相遇”（其實只是看起來在太陽系內同一方向而已），且地球的運動速度要快于火星，視覺效果上火星就會從地球的前面變到后面而出現神奇的“逆行”現象。

畢竟兩顆行星的周期不是恰好整數倍關系，因此這種逆行現象每次都會發生在不同的月份，也就是不同的黃道星座內，比如2014年發生在處女座內而2016年則到了天蝎座與天秤座之間。比較有意思的是，中國古代用一種特別的方式來關注出現在天蝎座附近的火星軌道逆行，給這種現象起了一個特殊的名字叫作熒惑守心。

所謂熒惑守心就是指火星會在天蝎座的心宿二附近徘徊運動（前行與逆行），心宿二由于是銀河系內一顆超大的紅巨星、是天蝎座最亮的一顆星，它呈現血紅色，也是夜空中最亮的星星之一，可謂星圖中的另類。在中國古代歷史中，心宿二和它附近的心宿一、心宿三是皇帝、太子和庶子的意思。因此，每次發生象征著災難的火星在它們之間滯留的情況，古代都認為是皇室要面臨重大的威脅，用大災難要發生，熒惑守心也被古代的皇室們視為最為不祥的天象。

這種準確的熒惑守心大約每80年才發生一次，此時火星的逆行背景恰好位于天蝎座附近。雖然學習過天文學的我們清楚知道這僅僅是普通的天象，但中國古代發生此事時卻一般會引發重大變動。熒惑守心更多的是一種斗爭的借口，大家都以此為“天意”來挑戰皇室或權臣，西漢著名丞相翟方進便因此被賜死而“以死謝罪”換取上天的寬恕。

中國歷史上關于熒惑守心現象有很多都是謬誤，不排除把它作為斗爭手段的可能，畢竟這是中國古代認為最不祥的天象。可以看出，在東方文化里，總體上火星是一種不祥的象征，這與它的天文相關背景和中國古老文化認知是分不開的。

在人類悠久的歷史上，西方人看到的火星與東方人看到的火星并沒有什么區別：顏色橙紅發亮、運動軌跡捉摸不定、時亮時暗難以預測。因此，在古老的埃及文明和兩河流域文明中都給予火星死亡、戰爭與災難的象征，也被叫作“血紅之星”“死亡之星”“瘟疫之星”的說法。

這也繼續影響了后續的希臘文明和羅馬文明，希臘人用戰爭之神阿瑞斯（Ares）來命名這顆血紅色的星球，他帶來了戰爭、瘟疫與死亡。后人發現的火星兩顆衛星也因而沿用了阿瑞斯兩個孩子的名字，福波斯（Phobos）和德莫斯

（Deimos）。

羅馬和希臘神話體系近似，不過很多神的名字大不相同。后繼的羅馬文明也相應使用他們的戰神馬爾斯（Mars）來命名火星，這也是今天我們使用的英語名稱。在古羅馬歷史中，對馬爾斯態度發生了變化，隨著羅馬帝國的快速版圖擴張而愈加明顯，他也從一個人們心目中原本象征著災難和戰爭的神變成了一個象征著勝利與輝煌的神，備受敬畏與尊崇。

在神話故事中，他的兩個孩子羅馬路斯（Romulus）和瑞摩斯（Remus）成了著名的被狼撫養大的孩子，他們在后來創建了羅馬帝國的首都羅馬，而羅馬一詞就來自羅馬路斯的名字，他在政治斗爭中殺掉了弟弟瑞摩斯。

甚至我們用來表示星期二（Tuesday）的詞匯也與馬爾斯有關，在拉丁語系里星期二就是為了紀念羅馬戰神馬爾斯，叫作dies Martis，僅次于太陽日（Sunday）和月亮（Monday）。只不過在后來的英語演化歷史中，英語融合了凱爾特人、北歐維京人、諾曼人、盎格魯撒克遜人等諸多文化背景。英語使用了來自北歐神話的戰神提爾（Tiw）而已，相當于新一代阿瑞斯和馬爾斯。這些足以可見馬爾斯對西方文化的影響力，也因此可以一撇火星的西方人心目中的重要性。

事實上，對于火星的觀測也對西方天文學的發展起到了重要作用，其中具有重大意義也影響最深遠的便是推動從地心說到日心說的轉變。在漫長人類歷史上，根據人們的日常生活經驗，最重要的太陽和月亮都仿佛在圍繞地球運動一般，我們因此發明了太陽歷和月亮歷、古老的中國人甚至發明了將這兩種歷法完美結合的陰陽歷（農歷），地心說也理所應當成為順應人們認知的理論。

但隨著古代天文學家的深入研究，卻發現很多現象難以通過地心說解釋，一個重要的現象便是火星的逆行現象。如果宇宙萬物都在圍繞地球運動，火星為什么會在運行過程中出現“后退”的現象？不少天文學家都在嘗試用更成熟的理論解釋，當然也有很多頑固的地心說支持者不斷縫縫補補“理論”去解釋火星木星土星的逆行，但這也導致地心說越來越站不住腳。

這一切被波蘭天文學家尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus）所改變，他在1543年去世前終于鼓足勇氣發表了在天文學歷史上影響深遠的《天體運行論》，首次系統闡述了日心說的理論。如果換作這個理論，無論是太陽、月亮和地球之間的相互運動，還是火星逆行、土星逆行現象都可以完美解釋。

到了17世紀初，后繼者伽利略·伽利萊（Galileo Galilei）則憑借對天文望遠鏡的改進和由此對木星四顆衛星（又稱伽利略衛星）的發現，證明了地球不是宇宙中心，至少那幾顆伽利略衛星在圍繞木星運動，且木星并未圍繞地球而是圍繞太陽運動，徹底堅實了日心說的觀測基礎。可以說，火星在西方文化到科技影響力的變化，也反映了人類理智與智慧升級的過程。

既然地球不是宇宙中心，而宇宙又如此廣闊，那么從理論上來說外星人肯定是肯定存在的！從地球的經驗可以得出如下結論，一顆行星要有生命，自身需要滿足兩個主要條件：一是處在恒星系的宜居帶上。距離恒星過近就會過熱且被過量輻射，例如距離太陽最近的水星面對太陽的那一面溫度高達470度、且大氣和水完全被強大的太陽風剝離;距離恒星過遠則能量不足，例如距離太陽最遠的海王星溫度表面溫度為-201度，那是個絕大部分氣體都會“流淌成河”的極寒世界。

一是自身不能太小或太大。體積過小，引力很弱不足以維持大氣層，且內部能量快速散失無法維持任何地質活動;體積過大就基本都是像木星一樣的氣態行星沒有巖石質地，同樣無法孕育生命。與地球大小相近似乎是個最優選項。

人類發現的絕大部分行星都比地球要大很多，如同天王星和海王星般，只有極少部分行星大小與地球接近，而考慮到宜居帶因素，真正有可能孕育生命的星球大約只有10%左右。通過多年宇宙觀測和推演，在宇宙中像地球這樣的行星并不罕見，因為按照它觀測到凌日現象的概率反推回去，它可以證明幾乎每一個恒星附近都存在行星系統，而每六個系統里就有一顆類似地球的行星處在宜居帶上。

目前銀河系里估計出來的恒星數量大約有1000億～4000億個！目前人類已經觀測到的宇宙中，像銀河系這樣的星系大約有1000億個！目前人類的研究還在不斷把人類認識到的宇宙大小持續擴大！因此，科學家估計宇宙中像地球一樣的行星數量大約為以下這個數量級別—16，999，999，999，983，000，000，000。按照概率來說，外星人必然存在，只不過我們距離他們實在太過遙遠。這也意味著我們距離發現外星人，抑或是距離外星人發現我們，也許只是時間問題。

既然如此，我們從離我們近的星球開始就是一個理所當然的結果。金星在各個文化里被人類寄予了極大的希望，中國很早便叫它啟明、太白星，西方也用愛與美麗的女神維納斯來命名。20世紀的科幻小說里，但凡是關于星際移民和星球殖民的，有一半都把金星選擇了目的地。

從表面條件來說，金星的情況的確非常合適：首先在太陽系內宜居帶上，只有金星、地球和火星三顆，金星距離地球更近，與地球大小、質量、密度都相近，重力加速度也接近，相差都不超過15%，比起火星好太多了。此外，金星體積和質量較大，不像火星過小（只有地球十分之一左右），不至于快速冷卻導致能量消失。金星也是個巖石行星，擁有大氣，看起來資源是夠的。

盡管看上去很美好，可總得眼見為實啊。在20世紀60年代，蘇聯在人類航天探索中取得了各種領先：第一個火箭、第一個衛星、第一個宇航員、第一個月球探測器，自然也不能放過金星，尤其是在登月中落敗以后。蘇聯押了大量賭注在金星探測上，其中最著名的就是金星計劃，共計發射了26個探測器，加上后來的兩個，總共發了28顆！其中有11顆嘗試著陸，9個著陸成功，這是非常偉大的成就。

只是這9個著陸成功的，也僅僅是著陸成功而已，其中最長的一個只幸存了110分鐘，最短的幾分鐘就掛了，而且中間沒有一個是不出故障的。被坑了幾次之后，蘇聯人才發現，金星根本沒有想象中那么美好，條件簡直惡劣到了極點，估計太陽系內都找不到更加殘酷的。

金星大氣96.5%以上都是二氧化碳（剩下是氮氣），空氣中飄滿了火山帶來的硫化物，云就是稀硫酸煙霧，自帶毀容效果，帶什么面具都不好使。你們這些PM2.5都扛不住的生物來送人頭嗎？要知道地球上才0.04%二氧化碳，地球人都哭著喊著溫室效應了，96.5%是啥概念？金星強大的溫室效應導致金星表面平均溫度為462度。要知道中餐里的大火爆炒不過300度。到了金星，分秒間讓人外焦里酥。

由于硫酸云的存在，大量太陽光根本無法抵達地面，所以金星其實是黑漆漆的一片，跟地球夜晚一個樣子;只能偶爾看到硫酸云里的閃電雷暴和火山爆發的光線。二氧化碳含量極高，意味著整個星球沒有任何碳循環，那就別提生命;有啥生命下場硫酸雨也就沒了。

金星的磁場也很弱，解釋的理論有很多，但有一條是肯定的：目前這個磁場無法保護任何生命。離太陽這么近，啥生命都逃脫不了致命的輻射。金星由于稠密大氣的存在，地表的氣壓是地球的92倍。咱們做個計算題哈，一個地球大氣壓是760毫米汞柱，92個大氣壓是多少？70米！人類就不可能在這樣的環境下待上10秒鐘。

所以金星無論從各個方面來說，都是沒有價值去開發的，很快大家就放棄了，美國后來也發了幾個探測器，比如大名鼎鼎的麥哲倫號，但后來發現這條路是巨坑，不玩了。倒是蘇聯最可憐，花了那么多代價把金星研究了一遍，用自己的失敗證明了一件事，證明探索金星是巨坑。同期的美國在重點攻克火星，現在火星已經成為美國的天下。蘇聯敗了一次登月，再敗一次金星探測，再敗一次航天飛機，然后就徹底敗了。所以現在假如全人類能選擇，容錯率更低，肯定選火星，那金星就完全靠邊。火星雖然也惡劣，但比金星真是不知道好到哪里去了。

太陽占據了99.86%的質量;其他所有的八大行星、十幾顆矮行星、幾百顆衛星、幾千顆彗星、數以億計的小行星、無法統計的柯伊伯帶天體、更無法統計的奧爾特云、更更無法形容的各種星際物質，總共占了剩下的0.14%。一個木星，就占去了剩下這些總物質的60%以上;而土星，又只是排除木星之外的總物質的60%以上;土星大概等于95個地球;地球大概等于20個水星。情況就是這樣，我們還去水星嗎？

先說明，之所以叫它水星，并不是因為它有水，而是因為可視條件奇差，一片朦朧。再說說科學數據，地球距離太陽1.5億千米，接收到的能量約太陽能量的22億分之一，就足以孕育地球上所有生命。水星平均距離太陽僅有6000萬千米，這意味著它在接受太陽更瘋狂地炙烤。它面對太陽的一面溫度可以高達430攝氏度，而背對太陽的一面則是低至-170攝氏度的極寒地帶。

水星太小，引力不足以維持任何大氣，完全真空。同時，越小的體積就越容易散失熱量。在已經億萬年演化后，水星現在內部地質活動幾乎為0，所以也不會產生足夠強的磁場。因此，在它僅有地球1.1%強度的磁場保護下，根本無法抵御太陽附近強大的太陽風和電磁輻射，導致水星是個完全不可能孕育生命的蠻荒之地。

同時它距離太陽最近，運轉速度也是所有行星里最快的，達到了驚人的47.8千米/秒，大幅超過地球的29.8千米/秒，它也因此獲得了西方神話傳說里飛行使者—信使神的美名，墨丘利（Mercury）。這使得對它的探測極其艱難：航天器一旦離開地球向軌道內側的太陽飛去時，便會被強大引力不斷加速越飛越快，而小小的水星不僅在太陽系最內側、運動速度最快、且引力極小、引力影響范圍極小，導致航天器極難跟上并在它附近做環繞運動，至少人類現有技術不可能實現直接剎車留在這個軌道。

為了能夠環繞它，基本上航天器必須不斷借助金星和地球的引力影響改變飛行的速度大小和方向，相當于蹦床時為了達到某個點花很長時間不斷蓄勢，對它的探測普遍要耗時數年。一步一步調、極其耐心，才有可能。人類歷史上僅僅有NASA的信使號（Messenger）完成了環繞水星這一使命。人類航天搞了這么多年，真的只有這么一個實現了！行吧，總算是零的突破，其他的就算了吧。

十七世紀，望遠鏡問世。但在此后的三百多年里，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形貌。在每26個月一次的火星沖附近，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：火星的0度經線被定義在小型撞擊坑艾利-0所在之處。

此后三十年間，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的喬凡尼·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。地圖中使用的諸多火星典型地貌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走歪了。

從彼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。有機會蒙醬再和大家展開聊聊這段“火星運河荒唐史”。

直到探測器時代來臨，這些迷霧才終于被無可爭議的觀測事實所撥開。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，這次的窗口期從“火星沖”這樣“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，NASA一口氣先后發射了孿生機水手3號和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號走向人生巔峰鋪平了道路。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個月后成了人類第一個飛掠火星并傳回火星照片的探測器。

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。水手4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，表面像月球那樣撞擊坑遍布。這里荒涼而沉寂，沒有發現任何支持火星人這樣的復雜智慧生命存在的證據。

飛掠火星看到的一點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全球每個角落收入眼底。1971年發射窗口，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，好巧不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3號探測成果。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（相比之下火星2號和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號的幫助之下，火星和兩顆火衛的大部分面目，終于一一暴露在了地球人的視野之下。火星最壯觀的水手峽谷，就是以水手9號命名的。

環繞探測固然能為我們提供火星近乎全球的整體信息，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。1975年火星發射窗口里，NASA先后發射了孿生機海盜1號和海盜2號（Viking）。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了一段時間后才擇機釋放著陸器。海盜號著陸器采用了最最傳統的降落傘+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，短短一個半月間隔里，海盜1號和2號的著陸器相繼踏上火星遙遙相對的兩片土地：克律塞平原和烏托邦平原。它們不僅是美國第1、2個成功著陸火星的探測器，也是人類頭兩個成功著陸火星并順利開展工作的探測器。

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自精彩。它們在任務期間拍攝了大量火星以及兩顆火衛表面的高清照片，質量遠勝于之前的水手9號任務，覆蓋率更是高達火星表面積的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的壓倒性勝利，此后，美蘇都陷入了長時間的沉寂。

1996年底，NASA火星全球探勘者號（MGS）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（MOLA），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這后三十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。

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“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之后的緩沖減速，然后類似我國的嫦娥三號/四號，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三個月（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。

二十一世紀悄然來臨。2001年發射窗口里，NASA將環繞器火星奧德賽號送往火星。搭載的伽馬射線譜儀（GRS）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最超長待機的一個。

2003年發射窗口，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OMEGA在火星表面多處檢測出了黏土（也就是水合層狀硅酸鹽）等水合礦物，表明火星表面在很久以前很可能有大量液態水流過。

NASA在這個賽季也同樣輝煌：孿生機勇氣號、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，讓它們能夠活力四射地繼續工作了好多年。勇氣號和機遇號的探測結果進一步證明火星曾經有過溫暖濕潤的環境，那時候的火星或許是適宜生命存在的。

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。鳳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，堪稱“火星有水”的一記實錘。

2005年，NASA的另一個大殺器—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最高可達0.3米/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。

天問一號要通過一次任務實現火星環繞、著陸和巡視。根據技術發展過程和任務目標需求，探測火星的任務主要分為四種—飛掠、環繞、降落和巡視。當然，還有一個突破的第五種任務—采樣返回。飛掠這種任務只是在火星附近飛速掠過，趁著極短的時間抓住一切可能記錄有用數據，隨后滑入深空。

相比動輒數月的深空旅行時間，觀測火星的真正有效時間僅在1天左右。對于以火星探測為最主要目標的昂貴任務而言，這是非常不理想的設計。然而，人類在60年代開啟火星探測時，火箭運輸能力不足，探測器自身推進系統能力有限，軌道控制和確定精度不足，很難讓探測器制動減速留在環繞火星軌道，實屬無奈之舉。

隨著技術逐漸成熟，以飛掠為目標的火星探測任務逐漸消失，但也有一些探測地球外側星體的任務“兼職”飛掠探測火星。現在的探測器靠近火星后已經可以依靠自身動力制動進入環繞火星的大橢圓軌道。如果推進能力更強，或者借助火星頂部稀薄大氣緩慢“大氣剎車”，甚至可以直接變軌成圓形軌道，保持穩定的軌道高度更有效觀測火星。

由于環繞器（軌道器）能夠長期環繞火星，登高望遠，能采集海量的數據，全方位研究火星的磁場、大氣層、重力場、水、淺層土壤等方面，極大豐富了人類對火星的認知。此外，環繞器還能起到至關重要的信號中繼作用，服務于降落在火星表面的著陸器和巡視器。

降落任務的最大優勢是能仔細研究火星表面的各種細節，尤其是對水、氣象、底部大氣、土壤成分、地表地貌、潛在有機物和深層土壤的研究。但需要說明的是，由于重量和能量限制，著陸器自身不可能攜帶巨大的天線與地球直接聯絡，它僅能將所有信息發給火星上空的環繞器，讓后者代為轉發。

火星降落是人類航天的天頂科技之一，最典型特點是著陸系統需要完全自主導航控制完成著陸之旅。標準的火星著陸過程持續時間僅7分鐘左右，遠不夠完成一次地火通訊，這意味著全程多個復雜的動作，例如劇烈沖擊下姿態控制、超聲速下打開降落傘、拋隔熱大底、降落傘和支撐結構脫離、反推火箭工作、懸停避障、減速軟著陸等必須依靠著陸器自主完成，對軟件和硬件的要求極高。

巡視器又名火星車，它相比不能移動的著陸器而言，最大優勢在于可以隨處移動，意義不言而喻。由于不帶有固定著陸器必須攜帶的推進劑儲罐、著陸腿、支撐結構、控制機構等復雜部分，巡視器可以集中于科研載荷，從事多地點多方面的精細研究。

因此，火星車是近些年火星探測的核心，復雜程度越來越高，待機工作時間也越來越長。一些著名的任務，例如勇氣號、機遇號火星車使用太陽能電池板實現了遠超預期90天的工作時間。昂貴的好奇號火星車花費超過25億美元，它采用了放射性同位素電機（又名核電池）為主要動力，可以全天候工作，且超能長待機，著陸火星8年后至今仍在火星工作。

探測火星不僅是工程任務的突破，更是行星科學領域的突破。除了常規的通訊、能量來源（太陽能帆板）、支撐結構、動力系統等部分外，“天問一號”整體上攜帶了13種科學載荷，其中7個在火星上空的環繞器上，6個在降落火星表面的巡視器上。它們共有五大科研目標，主要涉及火星空間環境、地表形貌特征、土壤表層結構等研究，將給中國帶來火星的第一手資料。

我國曾經做過一次火星探測，當時是在2011年向全世界公布了中國首個火星探測器發射升空，探測器名稱為“螢火一號”。因為中國的探測器搭載在俄羅斯的飛船里，是俄羅斯把我們的探測器送到火星，然后我們自己再出來探測的。結果沒有想到俄羅斯的探測器在飛離地球的第二天，由于軌道調整失敗，最后向地球的大氣層墜落，被燒光了。

這是中國第一次火星探測，失敗了，但是沒關系，我們吸取教訓繼續努力，因此才有了這次中國首次自主火星探測。這次去火星探測的主要任務是發射一個火星的衛星，讓衛星繞著火星飛;同時，有一個著陸器會落在火星上，一輛火星車會走下來，一邊走一邊探測火星。著陸的位置已經選好了，在火星北邊高緯度的地方，曾經是火星海洋的位置。之所以選擇這兩個位置，是因為地勢比較平緩。利于著陸器降落和火星車的移動。

這次火星的衛星上放了七臺儀器，主要探測整個火星的地形地貌、巖石分布、氣候變化。此外，火星車上放了六臺科學儀器，要探測火星地下的土壤分布、土壤的成分、底下是不是有地下水分布。衛星在天上探測，而火星車在地上也探測地下水的分布，聯合起來工作。火星車上還有一臺氣象站，探測記錄火星的氣候變化。

簡單來說，這次探測火星的科學目標主要有對地形地貌、物質成分的探測和研究;對土壤厚度以及分布的研究;對次表層地下水體分布的探測;對候選著陸區的詳細勘探;對磁層、電離層、大氣層的探測以及對火星物理場（如磁場、重力場和內部結構）的探測。這次探測火星一共有13臺儀器，它們承擔著不同的任務。這次是中國首次自主的火星探測，再過幾年，我們要在火星上采樣返回，這才是目標。

插播一個故事，中國在南極找到了12400多塊天上掉下來的石頭。其中有兩塊是火星掉下來的，中國的科學家也去研究這里面有沒有生命的信息，最后也證明沒有。

隨后中國科學家另外做了一件事。2011年在摩洛哥沙漠里掉了一塊隕石，中國科學家把它買回來觀察了里面的碳顆粒。這都是納米級、微米級的碳顆粒，在電子顯微鏡下研究，然后分析碳的同位素組成。最后得出一個驚天動地的結論：這些碳是火星的生命產生的碳。

雖然通過火星上掉下來的石頭，可以研究出石頭的類型，有什么樣的特點，它也許能解答火星的某些科學問題，但是我不知道它是從火星什么地方掉下來的，所以用處還不是太大。如果能定點取樣返回，那結果就不一樣了。除了火星之外，我們還要去探測太陽系最大的那個行星—木星。木星有69個衛星，它的衛星是連軸轉的，我們要探測它一系列的衛星，還要繼續對行星際的穿越探測。在我們首次自主火星探測以后，所有的這些探測計劃都要逐步實現。

人類探測火星60年，勝率不到一半，這是一個高風險，卻是代表著人類最美麗最絢爛航天夢想的存在。“天問一號”，一次實現“繞、著、巡”的工程目標和六大科學目標，也必將是極大的挑戰。中國有能力飛得更遠，我們也應該飛得更遠。我們要探測整個太陽系，我們要向太陽系的星辰大海挺進，這就是我們的目標。祝“天問一號”一切順利！