出发! 目标火星

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2020年7月23日12点41分左右，我国长征五号遥四运载火箭在海南文昌发射中心发射升空，本次搭载的是“天问一号”火星探测器。这是我国首次自主探测火星。我们火星探测虽然起步晚，但是起点高，难度大，要通过一次任务实现火星环绕、着陆和巡视。“天问一号”这个名称源于屈原长诗《天问》，表达了中华民族对真理追求的坚韧与执着，体现了对自然和宇宙空间探索的文化传承，寓意探求科学真理征途漫漫，追求科技创新永无止境。

我们从何处来？我们是谁？我们向何处去？这是人类自从有意识起在不断对自己发起的"灵魂三问"，也是所有哲学需要解决的终极问题。漫长的人类进化史，本质上就是人类不断挑战自身极限，用创造出来的生产力去解答这三个问题的过程，人类所有的科学、技术、工程、艺术、文化等都为之而服务。

约50亿年前的宇宙洪荒中，一大团星际分子云聚集在我们现在的太阳系中，它们不断互相吸引碰撞形成一个恒星育婴室，太阳的雏形逐渐形成，它占据了约99.9%的质量。剩下的0.1%，形成了八大行星和数以亿万计的矮行星、小行星、卫星、彗星。而太阳系内广泛存在的金银铜铁金属，它们来源于剧烈的超新星爆炸，这意味着太阳本身就是百亿年前涅槃重生而来的新一代恒星。

地球也是其中一小部分固体和气体聚集而来的行星。太阳仅仅赐予了她22亿分之一的能量，便滋养了这个星球上的世间万物。从十多万年前远古智人走出非洲，到今天遍布世界各地的75亿人口，地球成為孕育人类和文明的唯一母亲。人类所有的愚昧与文明、羞耻与辉煌、战争与死亡，都汇聚在这一颗蓝色的星球上。

如果将地球的寿命化作24小时，智人才走出非洲不到2秒钟，而最古老的两河流域文明出现还不到一次眨眼的时间（0.2秒）。数万年前语言发明后，人类能够口口相传自己祖先为数不多的传说;一万年前经历了文字的革命，人类开始记述自己的历史，人们开始清楚自己的身世和祖先族谱。

1859年查尔斯·达尔文的《物种起源》发表后，人类逐渐明白自己只不过是地球上亿万物种中能适应当前时代的一种，且承袭了无数奠基物种的优势才得以维持到今日;是一种哺乳纲灵长目人科人属智人种，而祖先为人猿/古猿。直到新世纪初人类基因组测序计划的完成，人类更加清楚了自己的身世，基因也为我们揭露了人类是如何一步步从树上到地上、从非洲到美洲、从出生到死亡的进化密码。我们知道了自己的历史，也知道了自己的秘密。

然而，一直有一个重要的问题无法被解答，我们最终会向何处去？

1969年7月20日20时18分04秒（UTC时间），阿波罗11号的阿姆斯特朗和奥尔德林成功登陆月球。直到1972年12月9日，共计12位宇航员踏上月球表面，这12位从此被定义为：一种能够同时生存在地月系统内的物种。此后45年内，这个名单从未再扩大。人类的极限被锁定在38万千米。

但是目前人类的可探测宇宙半径已经达到了465亿光年。一光年是光走一年的距离，长度大概是9.46万亿千米！如果让人步行走的话，走完一光年得要2亿2000万年。

按照这个比例，以465亿光年宇宙半径来比，人类明确知道的宇宙，大概相当于1*10的17次方分之一不到。这是个什么概念？假如类比于一个中国人从山东的海岸开始探测占了地球三分之一面积的太平洋，假设太平洋宽度占了地球赤道一半，为20000千米。他大概从海岸出发前进了2*10的负11次方米，还要再走30倍距离才能走过第一个水分子！可以说，人类对于宇宙的了解，连坐井观天的水平都还远没有达到！

因此，我们不禁想反问自己这么几个问题：如果我们是由地球生物演化而来的，那么最早的地球生物来自哪里？而未来我们这种地球生物真的会永远停留在地球这颗极其不显眼的行星上吗？人类在宇宙中孤独吗？

随着人类对太阳系外行星的研究，截止到目前人类已经发现了超过4000颗行星，开普勒望远镜更是验证了平均下来每一颗被观测的恒星系统都会拥有一颗行星。要知道银河系内的恒星数量大约有1000亿颗～4000亿颗，而宇宙中像银河系这样的大型星系更是可能高达1000亿个，更何况宇宙的半径也在随着人类观测能力的提升逐渐扩大。

即便在太阳系内，木星系统内的木卫二、木卫三、木卫四和木卫六，土星系统内的土卫二和土卫六都发现了液态水乃至存在生命的可能性。随着人类对火星的探索，水、甲烷、二氧化碳、高氯酸盐的不断发现都让人对火星地下的生命痕迹充满了遐想。

但不管怎样，任何一种生物的发现，无论是高等级犹如科幻小说中的文明与生物，还是如同地球几十亿年前的初级生物，它们都将回答所有人类的一个终极问题：我们是否是宇宙唯一的天之骄子？答案：不是！人类将被定义成一种新物种：一种暂时只能生活在一颗行星（地球）和最远到它所属卫星（月球）的高等级碳基生物。但是人类显然不能满足于此，我们需要变成：一种跨行星乃至跨星系的可实现宇宙一定距离内航行的高等级碳基生物。

人类宇宙航行之旅的下一站，就是火星！

宇宙中最普遍的星体是恒星和行星，从定义恒星的古人视角而言：恒星是“恒定地”待在一个固定的位置，因为它们距离地球乃至整个太阳系实在太过遥远，即便是距离我们最近的比邻星也达到了4.2光年之远，这个距离相当于40万亿千米，远远大于地球围绕太阳运转半径的1.5亿千米，那么从地球上每天在固定的时间看它们的位置几乎就是没有变化过。而我们观测中看到的它们所谓运动仅仅是地球地轴指向和自转造成的，稍微有点观测经验便不会受这些因素影响。

而相比而言，行星却总是在夜空中“运动着”，这也是它得名的原因。而由于行星本身并不像恒星一样发光发热，它们只能依赖反射恒星的光线才能为我们所见，因此在古代的人类肉眼看来，深邃的天空中仅仅有6个物体是在长期运动的：围绕地球运动的月球，和太阳系内的五个距离地球较近的行星：金星、木星、水星、土星和火星。

有了这些基本常识，我们来介绍下古代中国对于火星的认知。古老的中国天文学极其发达，几乎历朝历代都有观星台（今天被叫作天文台）和专门的官员负责夜观天象，这五颗行星也因此成了重要的观测物。五行是中国非常古老的一种黄老之学和道学的系统观，在中国最古老的六经之一、先秦史书《尚书·洪范》中已经有了五行的说法。它几乎可以用来解释任何一个方面，从哲学、占卜、中医、历法、社会学、王朝更替到宇宙由五行组成的世界观，皆是如此。而在五颗行星的命名方面，自然也沿用了五行的说法。

火星则由于几乎一直可见、但星等变化极大、令人捉摸不定，且它表面由于大量氧化铁的存在而呈现出橙红色，总体上看起来仿佛荧荧如火而被叫作荧惑，就是火星。

火星之所以这么让人感觉诡异还有一个很重要的特点：在地球上观测它的运动轨迹非常奇怪，有时在往前走有时却在往后退。所以火星的位置、亮度、颜色都呈现捉摸不定的特点，因而在中国文化中被賦予了战争、水患、瘟疫、地震等各种灾难的象征，视为不祥的象征。

其实这是由它和地球的轨道周期和轨道位置决定的，火星距离太阳为1.67个天文单位（地球到太阳距离为标准1个天文单位），从地球看来它的会和周期是大约是780天，大概是地球上一年的2.14倍。这意味着每隔大概2年2个月时间，地球就会和火星再次“相遇”（其实只是看起来在太阳系内同一方向而已），且地球的运动速度要快于火星，视觉效果上火星就会从地球的前面变到后面而出现神奇的“逆行”现象。

毕竟两颗行星的周期不是恰好整数倍关系，因此这种逆行现象每次都会发生在不同的月份，也就是不同的黄道星座内，比如2014年发生在处女座内而2016年则到了天蝎座与天秤座之间。比较有意思的是，中国古代用一种特别的方式来关注出现在天蝎座附近的火星轨道逆行，给这种现象起了一个特殊的名字叫作荧惑守心。

所谓荧惑守心就是指火星会在天蝎座的心宿二附近徘徊运动（前行与逆行），心宿二由于是银河系内一颗超大的红巨星、是天蝎座最亮的一颗星，它呈现血红色，也是夜空中最亮的星星之一，可谓星图中的另类。在中国古代历史中，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，每次发生象征着灾难的火星在它们之间滞留的情况，古代都认为是皇室要面临重大的威胁，用大灾难要发生，荧惑守心也被古代的皇室们视为最为不祥的天象。

这种准确的荧惑守心大约每80年才发生一次，此时火星的逆行背景恰好位于天蝎座附近。虽然学习过天文学的我们清楚知道这仅仅是普通的天象，但中国古代发生此事时却一般会引发重大变动。荧惑守心更多的是一种斗争的借口，大家都以此为“天意”来挑战皇室或权臣，西汉著名丞相翟方进便因此被赐死而“以死谢罪”换取上天的宽恕。

中国历史上关于荧惑守心现象有很多都是谬误，不排除把它作为斗争手段的可能，毕竟这是中国古代认为最不祥的天象。可以看出，在东方文化里，总体上火星是一种不祥的象征，这与它的天文相关背景和中国古老文化认知是分不开的。

在人类悠久的历史上，西方人看到的火星与东方人看到的火星并没有什么区别：颜色橙红发亮、运动轨迹捉摸不定、时亮时暗难以预测。因此，在古老的埃及文明和两河流域文明中都给予火星死亡、战争与灾难的象征，也被叫作“血红之星”“死亡之星”“瘟疫之星”的说法。

这也继续影响了后续的希腊文明和罗马文明，希腊人用战争之神阿瑞斯（Ares）来命名这颗血红色的星球，他带来了战争、瘟疫与死亡。后人发现的火星两颗卫星也因而沿用了阿瑞斯两个孩子的名字，福波斯（Phobos）和德莫斯

（Deimos）。

罗马和希腊神话体系近似，不过很多神的名字大不相同。后继的罗马文明也相应使用他们的战神马尔斯（Mars）来命名火星，这也是今天我们使用的英语名称。在古罗马历史中，对马尔斯态度发生了变化，随着罗马帝国的快速版图扩张而愈加明显，他也从一个人们心目中原本象征着灾难和战争的神变成了一个象征着胜利与辉煌的神，备受敬畏与尊崇。

在神话故事中，他的两个孩子罗马路斯（Romulus）和瑞摩斯（Remus）成了著名的被狼抚养大的孩子，他们在后来创建了罗马帝国的首都罗马，而罗马一词就来自罗马路斯的名字，他在政治斗争中杀掉了弟弟瑞摩斯。

甚至我们用来表示星期二（Tuesday）的词汇也与马尔斯有关，在拉丁语系里星期二就是为了纪念罗马战神马尔斯，叫作dies Martis，仅次于太阳日（Sunday）和月亮（Monday）。只不过在后来的英语演化历史中，英语融合了凯尔特人、北欧维京人、诺曼人、盎格鲁撒克逊人等诸多文化背景。英语使用了来自北欧神话的战神提尔（Tiw）而已，相当于新一代阿瑞斯和马尔斯。这些足以可见马尔斯对西方文化的影响力，也因此可以一撇火星的西方人心目中的重要性。

事实上，对于火星的观测也对西方天文学的发展起到了重要作用，其中具有重大意义也影响最深远的便是推动从地心说到日心说的转变。在漫长人类历史上，根据人们的日常生活经验，最重要的太阳和月亮都仿佛在围绕地球运动一般，我们因此发明了太阳历和月亮历、古老的中国人甚至发明了将这两种历法完美结合的阴阳历（农历），地心说也理所应当成为顺应人们认知的理论。

但随着古代天文学家的深入研究，却发现很多现象难以通过地心说解释，一个重要的现象便是火星的逆行现象。如果宇宙万物都在围绕地球运动，火星为什么会在运行过程中出现“后退”的现象？不少天文学家都在尝试用更成熟的理论解释，当然也有很多顽固的地心说支持者不断缝缝补补“理论”去解释火星木星土星的逆行，但这也导致地心说越来越站不住脚。

这一切被波兰天文学家尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus）所改变，他在1543年去世前终于鼓足勇气发表了在天文学历史上影响深远的《天体运行论》，首次系统阐述了日心说的理论。如果换作这个理论，无论是太阳、月亮和地球之间的相互运动，还是火星逆行、土星逆行现象都可以完美解释。

到了17世纪初，后继者伽利略·伽利莱（Galileo Galilei）则凭借对天文望远镜的改进和由此对木星四颗卫星（又称伽利略卫星）的发现，证明了地球不是宇宙中心，至少那几颗伽利略卫星在围绕木星运动，且木星并未围绕地球而是围绕太阳运动，彻底坚实了日心说的观测基础。可以说，火星在西方文化到科技影响力的变化，也反映了人类理智与智慧升级的过程。

既然地球不是宇宙中心，而宇宙又如此广阔，那么从理论上来说外星人肯定是肯定存在的！从地球的经验可以得出如下结论，一颗行星要有生命，自身需要满足两个主要条件：一是处在恒星系的宜居带上。距离恒星过近就会过热且被过量辐射，例如距离太阳最近的水星面对太阳的那一面温度高达470度、且大气和水完全被强大的太阳风剥离;距离恒星过远则能量不足，例如距离太阳最远的海王星温度表面温度为-201度，那是个绝大部分气体都会“流淌成河”的极寒世界。

一是自身不能太小或太大。体积过小，引力很弱不足以维持大气层，且内部能量快速散失无法维持任何地质活动;体积过大就基本都是像木星一样的气态行星没有岩石质地，同样无法孕育生命。与地球大小相近似乎是个最优选项。

人类发现的绝大部分行星都比地球要大很多，如同天王星和海王星般，只有极少部分行星大小与地球接近，而考虑到宜居带因素，真正有可能孕育生命的星球大約只有10%左右。通过多年宇宙观测和推演，在宇宙中像地球这样的行星并不罕见，因为按照它观测到凌日现象的概率反推回去，它可以证明几乎每一个恒星附近都存在行星系统，而每六个系统里就有一颗类似地球的行星处在宜居带上。

目前银河系里估计出来的恒星数量大约有1000亿～4000亿个！目前人类已经观测到的宇宙中，像银河系这样的星系大约有1000亿个！目前人类的研究还在不断把人类认识到的宇宙大小持续扩大！因此，科学家估计宇宙中像地球一样的行星数量大约为以下这个数量级别—16，999，999，999，983，000，000，000。按照概率来说，外星人必然存在，只不过我们距离他们实在太过遥远。这也意味着我们距离发现外星人，抑或是距离外星人发现我们，也许只是时间问题。

既然如此，我们从离我们近的星球开始就是一个理所当然的结果。金星在各个文化里被人类寄予了极大的希望，中国很早便叫它启明、太白星，西方也用爱与美丽的女神维纳斯来命名。20世纪的科幻小说里，但凡是关于星际移民和星球殖民的，有一半都把金星选择了目的地。

从表面条件来说，金星的情况的确非常合适：首先在太阳系内宜居带上，只有金星、地球和火星三颗，金星距离地球更近，与地球大小、质量、密度都相近，重力加速度也接近，相差都不超过15%，比起火星好太多了。此外，金星体积和质量较大，不像火星过小（只有地球十分之一左右），不至于快速冷却导致能量消失。金星也是个岩石行星，拥有大气，看起来资源是够的。

尽管看上去很美好，可总得眼见为实啊。在20世纪60年代，苏联在人类航天探索中取得了各种领先：第一个火箭、第一个卫星、第一个宇航员、第一个月球探测器，自然也不能放过金星，尤其是在登月中落败以后。苏联押了大量赌注在金星探测上，其中最著名的就是金星计划，共计发射了26个探测器，加上后来的两个，总共发了28颗！其中有11颗尝试着陆，9个着陆成功，这是非常伟大的成就。

只是这9个着陆成功的，也仅仅是着陆成功而已，其中最长的一个只幸存了110分钟，最短的几分钟就挂了，而且中间没有一个是不出故障的。被坑了几次之后，苏联人才发现，金星根本没有想象中那么美好，条件简直恶劣到了极点，估计太阳系内都找不到更加残酷的。

金星大气96.5%以上都是二氧化碳（剩下是氮气），空气中飘满了火山带来的硫化物，云就是稀硫酸烟雾，自带毁容效果，带什么面具都不好使。你们这些PM2.5都扛不住的生物来送人头吗？要知道地球上才0.04%二氧化碳，地球人都哭着喊着温室效应了，96.5%是啥概念？金星强大的温室效应导致金星表面平均温度为462度。要知道中餐里的大火爆炒不过300度。到了金星，分秒间让人外焦里酥。

由于硫酸云的存在，大量太阳光根本无法抵达地面，所以金星其实是黑漆漆的一片，跟地球夜晚一个样子;只能偶尔看到硫酸云里的闪电雷暴和火山爆发的光线。二氧化碳含量极高，意味着整个星球没有任何碳循环，那就别提生命;有啥生命下场硫酸雨也就没了。

金星的磁场也很弱，解释的理论有很多，但有一条是肯定的：目前这个磁场无法保护任何生命。离太阳这么近，啥生命都逃脱不了致命的辐射。金星由于稠密大气的存在，地表的气压是地球的92倍。咱们做个计算题哈，一个地球大气压是760毫米汞柱，92个大气压是多少？70米！人类就不可能在这样的环境下待上10秒钟。

所以金星无论从各个方面来说，都是没有价值去开发的，很快大家就放弃了，美国后来也发了几个探测器，比如大名鼎鼎的麦哲伦号，但后来发现这条路是巨坑，不玩了。倒是苏联最可怜，花了那么多代价把金星研究了一遍，用自己的失败证明了一件事，证明探索金星是巨坑。同期的美国在重点攻克火星，现在火星已经成为美国的天下。苏联败了一次登月，再败一次金星探测，再败一次航天飞机，然后就彻底败了。所以现在假如全人类能选择，容错率更低，肯定选火星，那金星就完全靠边。火星虽然也恶劣，但比金星真是不知道好到哪里去了。

太阳占据了99.86%的质量;其他所有的八大行星、十几颗矮行星、几百颗卫星、几千颗彗星、数以亿计的小行星、无法统计的柯伊伯带天体、更无法统计的奥尔特云、更更无法形容的各种星际物质，总共占了剩下的0.14%。一个木星，就占去了剩下这些总物质的60%以上;而土星，又只是排除木星之外的总物质的60%以上;土星大概等于95个地球;地球大概等于20个水星。情况就是这样，我们还去水星吗？

先说明，之所以叫它水星，并不是因为它有水，而是因为可视条件奇差，一片朦胧。再说说科学数据，地球距离太阳1.5亿千米，接收到的能量约太阳能量的22亿分之一，就足以孕育地球上所有生命。水星平均距离太阳仅有6000万千米，这意味着它在接受太阳更疯狂地炙烤。它面对太阳的一面温度可以高达430摄氏度，而背对太阳的一面则是低至-170摄氏度的极寒地带。

水星太小，引力不足以维持任何大气，完全真空。同时，越小的体积就越容易散失热量。在已经亿万年演化后，水星现在内部地质活动几乎为0，所以也不会产生足够强的磁场。因此，在它仅有地球1.1%强度的磁场保护下，根本无法抵御太阳附近强大的太阳风和电磁辐射，导致水星是个完全不可能孕育生命的蛮荒之地。

同时它距离太阳最近，运转速度也是所有行星里最快的，达到了惊人的47.8千米/秒，大幅超过地球的29.8千米/秒，它也因此获得了西方神话传说里飞行使者—信使神的美名，墨丘利（Mercury）。这使得对它的探测极其艰难：航天器一旦离开地球向轨道内侧的太阳飞去时，便会被强大引力不断加速越飞越快，而小小的水星不仅在太阳系最内侧、运动速度最快、且引力极小、引力影响范围极小，导致航天器极难跟上并在它附近做环绕运动，至少人类现有技术不可能实现直接刹车留在这个轨道。

为了能够环绕它，基本上航天器必须不断借助金星和地球的引力影响改变飞行的速度大小和方向，相当于蹦床时为了达到某个点花很长时间不断蓄势，对它的探测普遍要耗时数年。一步一步调、极其耐心，才有可能。人类历史上仅仅有NASA的信使号（Messenger）完成了环绕水星这一使命。人类航天搞了这么多年，真的只有这么一个实现了！行吧，总算是零的突破，其他的就算了吧。

十七世纪，望远镜问世。但在此后的三百多年里，人类主要借助火星冲（日地火近似呈一条直线）这样的“自然窗口”才能更清楚地看到火星表面形貌。在每26个月一次的火星冲附近，火星可以达到离地球最近的位置，许多火星表面地图，都是天文学家们基于火星冲时期的观测绘制的。1840年，德国天文学家约翰·海因里希·冯·马德勒和威廉·比尔发布了第一张完整的火星地图，这也是第一张用经纬度标注地球以外行星的地图：火星的0度经线被定义在小型撞击坑艾利-0所在之处。

此后三十年间，也有各种版本的火星地图陆续问世，但最终一统江湖的，还是时任意大利布雷拉天文台台长的乔凡尼·斯基亚帕雷利基于1877年火星大冲时期的观测绘制的火星地图。地图中使用的诸多火星典型地貌命名被后人广泛采纳，沿用至今。似乎一切都在向着越来越好的方向发展，彼时的人类虽然装备有限，但依然在一点一点增进对火星的了解。只是，谁也不知道为啥这路走着走着就走歪了。

从彼时的权威人士乔凡尼·斯基亚帕雷利开始，一些天文学家认为自己通过望远镜在火星表面看到了越来越多“线性沟槽”。在此后的近百年里，人们开始相信火星表面确实“阡陌交通、沟壑纵横”，这些“沟槽”是火星人为灌溉而建造的“运河”。于是，这些压根不存在的“火星沟槽”又让人们与火星表面的真实形貌渐行渐远，也让“火星运河”和“火星人”的错误观念一度深入人心。有机会蒙酱再和大家展开聊聊这段“火星运河荒唐史”。

直到探测器时代来临，这些迷雾才终于被无可争议的观测事实所拨开。如果说望远镜的发明“升级”了人类的肉眼，那探测器的登场则为人类的凡胎插上了翅膀。和“想要近距离看清火星”的望远镜时代相似，想要“近距离探测火

星”，依然需要等待每26个月一次的“窗口期”，只不过，这次的窗口期从“火星冲”这样“距离上的最近”（观测窗口），变为了让探测器最节省燃料的“能量上的最近”（发射窗口）。

在1964年的火星发射窗口里，NASA一口气先后发射了孪生机水手3号和4号。11月5日发射的水手3号，在发射阶段就遇到了一箩筐问题：探测器没能完全从头锥中弹出、太陽能板没能展开、电池耗尽......最终发射失败。但正是这些问题的发现为弟弟水手4号走向人生巅峰铺平了道路。仅仅在23天后的11月28日，修复了所有已知问题的水手4号顺利发射，又在8个月后成了人类第一个飞掠火星并传回火星照片的探测器。

水手4号共拍摄并传回了22张火星南半球的照片，让人类第一次近距离看到了火星表面的样子。它还对火星大气、磁场和空间环境做了初步探测。水手4号的探测结果基本打破了人类对“火星人”的幻想：相比于地球，火星大气稀薄，表面像月球那样撞击坑遍布。这里荒凉而沉寂，没有发现任何支持火星人这样的复杂智慧生命存在的证据。

飞掠火星看到的一点惊鸿掠影当然不能让人类满足，环绕火星展开长期探测才能将全球每个角落收入眼底。1971年发射窗口，美国和苏联迎来了激烈的“火星争夺赛”。在短短21天里，美苏相继发射了5颗火星环绕器。最终，NASA水手9号后发先至，率先于1971年11月14日进入环火星轨道，成为人类第一个火星环绕器。自此，人类终于可以驻留在火星附近长期观测了。

水手9号、火星2号和火星3号抵达火星时，好巧不巧正赶上火星全球性的沙尘暴。但水手9号迅速调整了状态，坚持到了沙尘暴平息，最终获得了远优于火星2号和3号探测成果。仅就拍照这一项，水手9号就拍摄了并传回了7329张火星表面照片（相比之下火星2号和3号共传回了60张照片），覆盖了火星表面85%的区域，一举超过了之前所有火星探测器的拍摄总和。

巨大的火山、深长的峡谷、复杂的渠道、熔岩的遗迹、甚至火卫一和火卫二的表面—在水手9号的帮助之下，火星和两颗火卫的大部分面目，终于一一暴露在了地球人的视野之下。火星最壮观的水手峡谷，就是以水手9号命名的。

环绕探测固然能为我们提供火星近乎全球的整体信息，但实地考察的重要性也不可替代。没有什么比真正踏上火星表面，近距离探测火星更让人类心驰神往。1975年火星发射窗口里，NASA先后发射了孪生机海盗1号和海盗2号（Viking）。每艘海盗号都由环绕器和着陆器组成，环绕器进入环火星轨道飞行了一段时间后才择机释放着陆器。海盗号着陆器采用了最最传统的降落伞+反冲火箭的着陆方式，和后来的凤凰号、洞察号如出一辙。

1976年7月20日和9月3日，短短一个半月间隔里，海盗1号和2号的着陆器相继踏上火星遥遥相对的两片土地：克律塞平原和乌托邦平原。它们不仅是美国第1、2个成功着陆火星的探测器，也是人类头两个成功着陆火星并顺利开展工作的探测器。

尽管严格来说，苏联的火星3号才是第一个成功软着陆火星表面的探测器，但非常遗憾的是它在着陆仅20秒后就迅速失联，没能顺利开展探测工作，连拍摄的第一张照片都没能传全乎。没有人知道火星3号着陆器携带的火星车是否成功释放，是否在火星上走上过几步。

海盗号的两艘环绕器也各自精彩。它们在任务期间拍摄了大量火星以及两颗火卫表面的高清照片，质量远胜于之前的水手9号任务，覆盖率更是高达火星表面积的97%，再一次刷新了人们对火星表面的认识。海盗号的成功标志着美国在太空竞赛火星赛场上的压倒性胜利，此后，美苏都陷入了长时间的沉寂。

1996年底，NASA火星全球探勘者号（MGS）环绕器发射成功，次年进入环火星轨道。在长达9年的火星岁月里，这颗探测器取得了诸多令人惊叹的科学成就。它用激光高度计获取了迄今为止分辨率最高的火星全球地形数据（MOLA），至今仍是各种科学探测和研究的重要参考。

通过这些地形数据，科学家们让火星北半球低地中许多被掩埋的古老撞击坑和盆地“重见天日”，这意味着火星看似平坦的北部低地其实并不比撞击坑遍布的南部高地年轻，反而更加古老。它发现了数百处流水形成的冲沟，这意味着火星表面可能在不久的过去还有过液态水流动。火星全球探勘者号正式开启了这后三十年火星探测的全盛时代。自此，对火星进行全方位、更深入的科学探测成为各国火星探测的核心目标。

1997年，火星探路者号着陆器带着人类第一辆火星车旅居者号成功登上火星表面。作为NASA第二届“发现级”项目“成员，“更快、更好、更便宜”是它们的立身之本。更轻、更小的火星探路者号首次使用气囊来完成降落伞之后的缓冲减速，然后类似我国的嫦娥三号/四号，在着陆成功之后释放火星车旅居者号。

尽管两个着陆任务仅仅工作了三个月（但已超过设计寿命），火星车仅累计移动了约100米，但火星探路者号和旅居者号作为探索火星的“先头部队”，为后续NASA的火星着陆任务验证了技术、开辟了道路。

二十一世纪悄然来临。2001年发射窗口里，NASA将环绕器火星奥德赛号送往火星。搭载的伽马射线谱仪（GRS）首次在火星上探测到了氢的存在，间接证实了火星地下含有水冰。这艘探测器至今仍在一圈一圈环绕着火星进行科学探测，同时还为火星上的着陆任务提供通讯中继，它是目前为止所有的火星探测器里最超长待机的一个。

2003年发射窗口，欧空局发起了对火星的首次尝试，将环绕器火星快车号和着陆器小猎犬2号送往火星。火星快车号绝对称得上首战成名，虽然小猎犬2号着陆后失联了，但丝毫不妨碍火星快车号一路开挂的科学发现。火星快车号搭载的可见光与红外线矿物光谱仪OMEGA在火星表面多处检测出了黏土（也就是水合层状硅酸盐）等水合矿物，表明火星表面在很久以前很可能有大量液态水流过。

NASA在这个赛季也同样辉煌：孪生机勇气号、机遇号火星车相继成功发射，并在2004年1月相继着陆在火星遥遥相对的探寻火星上的水。由于只能通过太阳能板供电，勇气号和机遇号原本的设计寿命只有90天。然而，谁也没有想到，原本被视为灾害的火星尘卷风却时不时帮它们清除了太阳能板上的灰尘，让它们能够活力四射地继续工作了好多年。勇气号和机遇号的探测结果进一步证明火星曾经有过温暖湿润的环境，那时候的火星或许是适宜生命存在的。

2007年，NASA凤凰号着陆器发射升空，次年降落在火星北极一带，是目前人类最北的火星着陆任务。凤凰号和后来的洞察号着陆器采用的都是传統的反冲火箭着陆方式，而且两者在外形上也有直接的继承。挖土小能手凤凰号不负众望，很快就在着陆区一带的土壤下挖出了高纯度水冰，堪称“火星有水”的一记实锤。

2005年，NASA的另一个大杀器—火星勘测轨道飞行器（MRO）发射升空。它携带的高分辨率相机（HiRISE）为地球人带来了火星局部最高可达0.3米/像素的照片，甚至比许多地球卫星拍摄的地球表面照片都清楚。海量的高清照片不仅让地球人大开眼界，也让诸多更为精细的火星地质研究成为可能，一圈一圈环绕火星持续拍摄的高清照片，更让行星科学家们能够观察到火星表面各种随时间变化的奇特地貌—四时之景不同，而乐亦无穷。

天问一号要通过一次任务实现火星环绕、着陆和巡视。根据技术发展过程和任务目标需求，探测火星的任务主要分为四种—飞掠、环绕、降落和巡视。当然，还有一个突破的第五种任务—采样返回。飞掠这种任务只是在火星附近飞速掠过，趁着极短的时间抓住一切可能记录有用数据，随后滑入深空。

相比动辄数月的深空旅行时间，观测火星的真正有效时间仅在1天左右。对于以火星探测为最主要目标的昂贵任务而言，这是非常不理想的设计。然而，人类在60年代开启火星探测时，火箭运输能力不足，探测器自身推进系统能力有限，轨道控制和确定精度不足，很难让探测器制动减速留在环绕火星轨道，实属无奈之举。

随着技术逐渐成熟，以飞掠为目标的火星探测任务逐渐消失，但也有一些探测地球外侧星体的任务“兼职”飞掠探测火星。现在的探测器靠近火星后已经可以依靠自身动力制动进入环绕火星的大椭圆轨道。如果推进能力更强，或者借助火星顶部稀薄大气缓慢“大气刹车”，甚至可以直接变轨成圆形轨道，保持稳定的轨道高度更有效观测火星。

由于环绕器（轨道器）能够长期环绕火星，登高望远，能采集海量的数据，全方位研究火星的磁场、大气层、重力场、水、浅层土壤等方面，极大丰富了人类对火星的认知。此外，环绕器还能起到至关重要的信号中继作用，服务于降落在火星表面的着陆器和巡视器。

降落任务的最大优势是能仔细研究火星表面的各种细节，尤其是对水、气象、底部大气、土壤成分、地表地貌、潜在有机物和深层土壤的研究。但需要说明的是，由于重量和能量限制，着陆器自身不可能携带巨大的天线与地球直接联络，它仅能将所有信息发给火星上空的环绕器，让后者代为转发。

火星降落是人类航天的天顶科技之一，最典型特点是着陆系统需要完全自主导航控制完成着陆之旅。标准的火星着陆过程持续时间仅7分钟左右，远不够完成一次地火通讯，这意味着全程多个复杂的动作，例如剧烈冲击下姿态控制、超声速下打开降落伞、抛隔热大底、降落伞和支撑结构脱离、反推火箭工作、悬停避障、减速软着陆等必须依靠着陆器自主完成，对软件和硬件的要求极高。

巡视器又名火星车，它相比不能移动的着陆器而言，最大优势在于可以随处移动，意义不言而喻。由于不带有固定着陆器必须携带的推进剂储罐、着陆腿、支撑结构、控制机构等复杂部分，巡视器可以集中于科研载荷，从事多地点多方面的精细研究。

因此，火星车是近些年火星探测的核心，复杂程度越来越高，待机工作时间也越来越长。一些著名的任务，例如勇气号、机遇号火星车使用太阳能电池板实现了远超预期90天的工作时间。昂贵的好奇号火星车花费超过25亿美元，它采用了放射性同位素电机（又名核电池）为主要动力，可以全天候工作，且超能长待机，着陆火星8年后至今仍在火星工作。

探测火星不仅是工程任务的突破，更是行星科学领域的突破。除了常规的通讯、能量来源（太阳能帆板）、支撑结构、动力系统等部分外，“天问一号”整体上携带了13种科学载荷，其中7个在火星上空的环绕器上，6个在降落火星表面的巡视器上。它们共有五大科研目标，主要涉及火星空间环境、地表形貌特征、土壤表层结构等研究，将给中国带来火星的第一手资料。

我国曾经做过一次火星探测，当时是在2011年向全世界公布了中国首个火星探测器发射升空，探测器名称为“萤火一号”。因为中国的探测器搭载在俄罗斯的飞船里，是俄罗斯把我们的探测器送到火星，然后我们自己再出来探测的。结果没有想到俄罗斯的探测器在飞离地球的第二天，由于轨道调整失败，最后向地球的大气层坠落，被烧光了。

这是中国第一次火星探测，失败了，但是没关系，我们吸取教训继续努力，因此才有了这次中国首次自主火星探测。这次去火星探测的主要任务是发射一个火星的卫星，让卫星绕着火星飞;同时，有一个着陆器会落在火星上，一辆火星车会走下来，一边走一边探测火星。着陆的位置已经选好了，在火星北边高纬度的地方，曾经是火星海洋的位置。之所以选择这两个位置，是因为地势比较平缓。利于着陆器降落和火星车的移动。

这次火星的卫星上放了七台仪器，主要探测整个火星的地形地貌、岩石分布、气候变化。此外，火星车上放了六台科学仪器，要探测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。卫星在天上探测，而火星车在地上也探测地下水的分布，联合起来工作。火星车上还有一台气象站，探测记录火星的气候变化。

简单来说，这次探测火星的科学目标主要有对地形地貌、物质成分的探测和研究;对土壤厚度以及分布的研究;对次表层地下水体分布的探测;对候选着陆区的详细勘探;对磁层、电离层、大气层的探测以及对火星物理场（如磁场、重力场和内部结构）的探测。这次探测火星一共有13台仪器，它们承担着不同的任务。这次是中国首次自主的火星探测，再过几年，我们要在火星上采样返回，这才是目标。

插播一个故事，中国在南极找到了12400多块天上掉下来的石头。其中有两块是火星掉下来的，中国的科学家也去研究这里面有没有生命的信息，最后也证明没有。

随后中国科学家另外做了一件事。2011年在摩洛哥沙漠里掉了一块陨石，中国科学家把它买回来观察了里面的碳颗粒。这都是纳米级、微米级的碳颗粒，在电子显微镜下研究，然后分析碳的同位素组成。最后得出一个惊天动地的结论：这些碳是火星的生命产生的碳。

虽然通过火星上掉下来的石头，可以研究出石头的类型，有什么样的特点，它也许能解答火星的某些科学问题，但是我不知道它是從火星什么地方掉下来的，所以用处还不是太大。如果能定点取样返回，那结果就不一样了。除了火星之外，我们还要去探测太阳系最大的那个行星—木星。木星有69个卫星，它的卫星是连轴转的，我们要探测它一系列的卫星，还要继续对行星际的穿越探测。在我们首次自主火星探测以后，所有的这些探测计划都要逐步实现。

人类探测火星60年，胜率不到一半，这是一个高风险，却是代表着人类最美丽最绚烂航天梦想的存在。“天问一号”，一次实现“绕、着、巡”的工程目标和六大科学目标，也必将是极大的挑战。中国有能力飞得更远，我们也应该飞得更远。我们要探测整个太阳系，我们要向太阳系的星辰大海挺进，这就是我们的目标。祝“天问一号”一切顺利！