在夜空中，有時(shí)會(huì)看到一顆亮度變化無(wú)常的小紅點(diǎn)緩慢移動(dòng)，有時(shí)候甚至還會(huì)逆行，這就是火星。中國(guó)人覺(jué)得它熒熒如火，讓人困惑，把它叫做熒惑?！妒酚洝分杏涊d著熒惑守心的天象，認(rèn)為火星行至心宿二附近時(shí)，意味著災(zāi)難。在西方，不管在北歐神話、羅馬神話還是希臘神話中，火星都代表著戰(zhàn)爭(zhēng)和災(zāi)難，稱為戰(zhàn)神。對(duì)這顆紅色的星球，地球人普遍感到恐懼不安。

望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明和科學(xué)的進(jìn)步，破除了火星的神話色彩。1543年，哥白尼（N. Copernicus）提出，火星是繞太陽(yáng)運(yùn)行的，不是繞地球運(yùn)行的。1609年，開(kāi)普勒（J. Kepler）宣布，火星的公轉(zhuǎn)軌道不是圓形，而是橢圓。1610年，望遠(yuǎn)鏡發(fā)明的第二年，伽利略（G. Galilei）把它對(duì)準(zhǔn)火星。

當(dāng)太陽(yáng)、地球、火星在一條直線上時(shí)，火星與地球之間的距離最近，稱為火星沖日，是最佳的觀測(cè)時(shí)機(jī)。1659年，惠更斯（C. Huygens）繪制了第一幅火星地圖。1877年的火星地圖上的一些直線，被認(rèn)為是火星運(yùn)河，由此引發(fā)了持續(xù)上百年的火星熱。通過(guò)觀測(cè)，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了火星的兩顆小衛(wèi)星，測(cè)定了火星的自轉(zhuǎn)周期，發(fā)現(xiàn)了南北極的極冠，繪制了一系列火星地圖。但望遠(yuǎn)鏡看到的圖像還是太模糊了，以至于產(chǎn)生了很多誤解。

1957年，第一顆人造地球衛(wèi)星升空，開(kāi)啟了航天時(shí)代。蘇聯(lián)1960年發(fā)射人類首顆火星探測(cè)器，揭開(kāi)火星探測(cè)的序幕。截至2021年8月，人類共開(kāi)展了47次火星探測(cè)任務(wù)（由于判斷標(biāo)準(zhǔn)不一，這一數(shù)據(jù)有所出入）。

冷戰(zhàn)時(shí)期，美蘇競(jìng)技

冷戰(zhàn)時(shí)期，除了在載人登月上進(jìn)行激烈競(jìng)爭(zhēng)外，美國(guó)和蘇聯(lián)也把火星作為競(jìng)技場(chǎng)，掀起了火星探測(cè)的高潮。

蘇聯(lián)先行一步

1960年10月，蘇聯(lián)發(fā)射了人類歷史上第一個(gè)火星探測(cè)器——“火星1960A”，不幸的是，它還未進(jìn)入地球軌道就宣告失敗了。4天后，蘇聯(lián)又發(fā)射了第二個(gè)探測(cè)器“火星1960B”，也遭遇了失敗。

接下來(lái)，蘇聯(lián)發(fā)射的一系列火星探測(cè)器——“斯普特尼克22號(hào)”“23號(hào)”“24號(hào)”“探針2號(hào)”“火星1969A”“火星1969B”，接連失敗。直至1971年5月發(fā)射的“火星2號(hào)”，終于成功進(jìn)入環(huán)繞火星的軌道，著陸器和母體分離后擊中火星表面，以粉身碎骨的方式成為火星上第一個(gè)人造物體。

基于“火星2號(hào)”失敗的教訓(xùn)，蘇聯(lián)于1971年5月28日發(fā)射的“火星3號(hào)”，首次實(shí)現(xiàn)了火星表面的軟著陸。遺憾的是，著陸后密封艙只傳回了20秒的電視信號(hào)，之后聯(lián)系就中斷了。然而，就是在這20秒中，它傳回了來(lái)自火星表面的第一張近距離照片！

1990年前，蘇聯(lián)一共實(shí)施了17次火星探測(cè)任務(wù)，但這些任務(wù)具有強(qiáng)烈的政治色彩，科學(xué)目標(biāo)得不到足夠的重視，因而獲得的科學(xué)成果有限。

美國(guó)探火開(kāi)始

雖然美國(guó)比蘇聯(lián)晚4年發(fā)射火星探測(cè)器，但最終領(lǐng)先一步，獲得了火星探測(cè)歷史上的首次成功。

1964年，美國(guó)發(fā)射了第一個(gè)火星探測(cè)器“水手3號(hào)”，未能成功進(jìn)入軌道。同年，美國(guó)發(fā)射的第二個(gè)火星探測(cè)器“水手4號(hào)”成功飛越火星，發(fā)回了寶貴的第一手資料。

“水手4號(hào)”發(fā)現(xiàn)，在過(guò)去30多億年中，火星上沒(méi)有顯著的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)。火星沒(méi)有全球性磁場(chǎng)，宇宙射線可以直達(dá)火星表面，這兩項(xiàng)發(fā)現(xiàn)顛覆了人們以往對(duì)火星的認(rèn)知。之前，人們一直猜測(cè)火星上有生命，甚至是高等智慧生物。但“水手4號(hào)”傳回的照片，粉碎了人們對(duì)火星文明的幻想。之后，人們對(duì)火星生命的研究就轉(zhuǎn)向了微生物。

1971年5月，美國(guó)發(fā)射了“水手9號(hào)”，它成為第一顆環(huán)繞火星的人造衛(wèi)星?！八?號(hào)”抵達(dá)火星時(shí)，遇到全球性的沙塵暴天氣，證實(shí)了天文學(xué)家之前提出的火星上存在“超級(jí)沙塵暴”的猜測(cè)。

直到1972年，沙塵暴逐漸平息后，人類才看到了火星的全貌：河床、撞擊坑、巨大的死火山、峽谷、極地沉積物、冰晶云，還有皚皚的晨霧?！八?號(hào)”發(fā)回的照片中有疑似水流的痕跡，使人們重新燃起了對(duì)火星的興趣，期盼能發(fā)現(xiàn)生命跡象。

之后，美國(guó)又發(fā)射了“海盜”系列探測(cè)器，專門用于探索火星上有無(wú)生物，該系列探測(cè)器由軌道器和著陸器構(gòu)成。

“海盜1號(hào)”的著陸器于1976年7月成功登陸火星，傳回了火星表面的照片，人們發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)空曠、貧瘠、亂石遍布的世界，富含鐵元素的土壤因?yàn)楸谎趸?，而使火星地表呈現(xiàn)一片橙紅。

有趣的是，“海盜1號(hào)”傳回的一張“人臉”照片引起了世界轟動(dòng)，被誤傳為是火星人。當(dāng)然，所謂的火星“人臉”最后被證實(shí)是一座丘陵造成的光影錯(cuò)覺(jué)。

與“海盜1號(hào)”同款的“海盜2號(hào)”于1975年9月9日發(fā)射升空，1976年9月3日在烏托邦平原著陸，“天問(wèn)一號(hào)”的“祝融號(hào)”火星車也登陸在這一平原。“海盜2號(hào)”攜帶了探測(cè)溫度、磁場(chǎng)、風(fēng)速、風(fēng)向、X射線光譜等參數(shù)的科學(xué)儀器，地震檢波器觀測(cè)到了難得一遇的火星地震，為人類探索火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了新的方向。

1990年代的火星探測(cè)先鋒

1990年代，在蘇聯(lián)解體的背景下，全球共進(jìn)行了7次火星探測(cè)任務(wù)，其中美國(guó)5次，俄羅斯和日本各1次。

正是在這一時(shí)期，美國(guó)開(kāi)始了系統(tǒng)性的火星探測(cè)計(jì)劃，其中1996年發(fā)射的“火星探路者”（Mars Pathfinder， MPF）及其攜帶的“索杰納”（Sojourner，也譯作“旅居者號(hào)”）火星車最具標(biāo)志性。

“索杰納”是第一輛在火星表面著陸的巡視器——火星車，采用太陽(yáng)能動(dòng)力，行駛速度約60.96厘米/分鐘，慢得像蝸牛。雖然行走速度慢，但著陸器和火星車共發(fā)回了23億字節(jié)的信息，包括1.7萬(wàn)張照片、15條對(duì)周圍巖石和土壤的化學(xué)分析數(shù)據(jù)，以及有關(guān)著陸點(diǎn)的風(fēng)和氣象狀況的大量數(shù)據(jù)。觀測(cè)結(jié)果顯示，火星在早期歷史中的環(huán)境可能與地球相似，地表可能有液態(tài)水，大氣也很濃密。

同年，俄羅斯發(fā)射了“火星96”，由于發(fā)動(dòng)機(jī)故障，火箭第四級(jí)二次點(diǎn)火失敗，發(fā)射次日在地球大氣層中墜毀。

1998年，日本發(fā)射了“希望號(hào)”（也叫“行星-B”）軌道器，原計(jì)劃2003年12月抵達(dá)火星，但地面與其聯(lián)系中斷，未能進(jìn)入環(huán)繞火星的軌道。

當(dāng)然，美國(guó)也有數(shù)次失敗的案例，1998年12月發(fā)射的火星氣候軌道器和1999年1月發(fā)射的火星極地著陸器都遭到了失敗。

21世紀(jì)，火星探測(cè)群雄逐鹿

21世紀(jì)初至今，全世界共實(shí)施了14次火星探測(cè)任務(wù)，這一階段火星探測(cè)的最大特點(diǎn)，是成功率顯著提高，除了俄羅斯的“火衛(wèi)一—土壤”號(hào)探測(cè)任務(wù)失敗外，其他任務(wù)基本上都取得了成功或部分成功。另一個(gè)特點(diǎn)是參與火星探測(cè)的國(guó)家越來(lái)越多，火星“找水”和搜尋生命信號(hào)成為這一階段火星探測(cè)的重點(diǎn)任務(wù)。

美國(guó)火星任務(wù)

在這一時(shí)期，美國(guó)發(fā)射了“奧德賽”軌道器、“機(jī)遇號(hào)”和“勇氣號(hào)”火星車、“火星勘測(cè)軌道器”、“鳳凰號(hào)”著陸器，以及“好奇號(hào)”和“毅力號(hào)”火星車，這些任務(wù)都取得了成功。

美中不足的是，2018年11月登陸火星的“洞察號(hào)”，雖然成功安裝了地震儀，探測(cè)到了火星上的地震。但它的“鼴鼠”鉆探設(shè)備的鉆探深度一直停留在35厘米，2021年1月9日任務(wù)團(tuán)隊(duì)被迫宣布鉆探任務(wù)失敗。

2020年的火星發(fā)射窗口，美國(guó)、中國(guó)、阿聯(lián)酋都發(fā)射了火星探測(cè)器，北京時(shí)間2月19日凌晨4時(shí)55分，“毅力號(hào)”以5千米/秒的速度進(jìn)入火星大氣，在超音速狀態(tài)下展開(kāi)降落傘，隨后拋掉隔熱罩，通過(guò)空中吊車的方式，將火星車釋放到火星表面。

憑借軌道器對(duì)火星表面的遙感探測(cè)、著陸器對(duì)著陸區(qū)的詳查、火星車的巡視探測(cè)，美國(guó)這些年發(fā)射的探測(cè)器取得了一系列關(guān)于火星的重大發(fā)現(xiàn)：火星表面存在液態(tài)水，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)古時(shí)期的湖泊遺跡，估算出火星土壤含水量，發(fā)現(xiàn)火星極光現(xiàn)象等。從大氣探測(cè)、到火星表面、再到內(nèi)部結(jié)構(gòu)探測(cè)，幾乎實(shí)現(xiàn)了對(duì)火星的立體勘察，改變了人們對(duì)火星的認(rèn)識(shí)，為尋找生命痕跡提供了重要證據(jù)。

歐洲頗有收獲

歐洲在火星探測(cè)上起步較晚。2003年，歐洲空間局（ESA）發(fā)射了“火星快車號(hào)”探測(cè)器，軌道器運(yùn)行正常，獲得了火星表面的遙感數(shù)據(jù)。它發(fā)現(xiàn)了海岸線的遺跡，在火星北極附近一個(gè)未命名的環(huán)形山底部，發(fā)現(xiàn)一片水冰；2004年，“火星快車”探測(cè)器發(fā)現(xiàn)了火星極光。

但是，進(jìn)入火星大氣層的“獵兔犬2號(hào)”著陸器卻失去了聯(lián)系。原以為“獵兔犬2號(hào)”已經(jīng)墜毀，但沒(méi)想到的是，2015年，美國(guó)的“火星勘測(cè)軌道器”的遙感圖像顯示，它成功登陸了火星，但未能打開(kāi)電池板，無(wú)法與地球取得聯(lián)系。失蹤了十多年的“獵兔犬2號(hào)”被找到也算是火星探測(cè)史上的離奇事件。

2016年3月，歐洲和俄羅斯合作的“火星生物學(xué)-2016”（ExoMars 2016）發(fā)射升空，它包括 “微量氣體軌道器”和“斯基亞帕雷利號(hào)”著陸器[斯基亞帕雷利（G. Schiaparelli），19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)火星上疑似運(yùn)河痕跡的意大利天文學(xué)家]。2016年10月，軌道器成功地進(jìn)入火星軌道，但著陸任務(wù)再次失敗。

多國(guó)加入探火隊(duì)伍

2013年，印度成功發(fā)射了“曼加里安號(hào)”軌道器，這也是亞洲第一個(gè)成功的火星探測(cè)任務(wù)。這項(xiàng)史上成本最低的火星探測(cè)計(jì)劃，耗資僅7500萬(wàn)美元，但功能確實(shí)也很有限。

中國(guó)國(guó)家航天局也曾與俄羅斯聯(lián)邦航天局合作，2011年，“螢火一號(hào)”火星探測(cè)器搭載俄方火箭發(fā)射，但因發(fā)射失敗，“螢火一號(hào)”與俄方的“火衛(wèi)一—土壤號(hào)”探測(cè)器一起墜入太平洋。

2020年7月20日，阿聯(lián)酋發(fā)射了阿拉伯國(guó)家的首個(gè)深空探測(cè)器——“希望號(hào)”火星探測(cè)器。這項(xiàng)任務(wù)使用日本H-2A火箭發(fā)射升空，由美國(guó)提供技術(shù)支持。阿聯(lián)酋方面的目的也很明確，就是先當(dāng)學(xué)生，學(xué)好技術(shù)將來(lái)自己干。

除以上任務(wù)外，還有大家熟知的馬斯克（E. Musk）主導(dǎo)的太空探索技術(shù)公司，也提出了龐大的火星計(jì)劃，并研發(fā)了星艦，用于將來(lái)飛向火星的旅行。但很明顯，馬斯克的火星計(jì)劃具有強(qiáng)烈的商業(yè)色彩，離真正實(shí)施火星移民還有漫長(zhǎng)的路要走。

中國(guó)后發(fā)趕超

火星探測(cè)工程是中國(guó)行星探測(cè)計(jì)劃的第一步，于2016年1月11日正式立項(xiàng)，2020年4月24日中國(guó)航天日期間被正式命名為“天問(wèn)一號(hào)”。中國(guó)將通過(guò)一次發(fā)射，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視三項(xiàng)任務(wù)，采用這種“一舉三得”的探測(cè)方式，起點(diǎn)高、挑戰(zhàn)大，作為世界上第2個(gè)成功登陸火星的國(guó)家，我國(guó)的深空探測(cè)能力和水平得到了顯著提升。

2020年7月23日中午，筆者親眼見(jiàn)證著在長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭托舉著“天問(wèn)一號(hào)”從海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)起飛，成功進(jìn)入太空后，通過(guò)數(shù)次變軌，于2021年2月10日抵達(dá)火星，成為環(huán)繞火星的人造衛(wèi)星。在接下來(lái)的三個(gè)月里，“天問(wèn)一號(hào)”通過(guò)遙感探測(cè)，進(jìn)一步確定了著陸點(diǎn)的地形和氣象條件，為著陸火星做好準(zhǔn)備。2021年5月15日早晨，與“天問(wèn)一號(hào)”軌道器分離后的著陸巡視組合體，穿過(guò)火星大氣層，通過(guò)一系列的減速動(dòng)作，成功登陸火星。組合體剛進(jìn)入火星大氣層的時(shí)候，時(shí)速高達(dá)2萬(wàn)千米/小時(shí)，在短短的9分鐘內(nèi)，減速到零。如果減速不夠，就會(huì)墜毀在火星表面，歷史上俄羅斯數(shù)次登火失敗，歐洲兩次登火失敗，都發(fā)生在這一階段。

“天問(wèn)一號(hào)”先是通過(guò)大氣摩擦減速，當(dāng)減速到1656千米/小時(shí)時(shí)，打開(kāi)降落傘，利用稀薄的大氣進(jìn)一步減速。然后拋掉隔熱罩，測(cè)量地表高程，當(dāng)減速到342千米/小時(shí)的時(shí)候，7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，實(shí)現(xiàn)空中懸停。最后通過(guò)著陸墊和伸縮桿緩沖從高處落下的勢(shì)能，穩(wěn)穩(wěn)地著陸在火星表面。中國(guó)成為世界上第二個(gè)成功登陸火星的國(guó)家，這一成就值得我們每一個(gè)中國(guó)人感到驕傲和自豪。登陸火星全程只需9分鐘，但地球到火星的距離達(dá)3億多千米，地面發(fā)出的遙控指令要17分鐘才能抵達(dá)火星。這意味著，“天問(wèn)一號(hào)”只能自主判斷，闖過(guò)這道鬼門關(guān)。

2021年5月22日，“祝融號(hào)”火星車駛離著陸平臺(tái)，在火星表面刻下了中國(guó)的印記?！白Ｈ谔?hào)”登陸的地方，位于火星上最大的盆地——直徑達(dá)3300千米的烏托邦平原。它攜帶了6種科學(xué)儀器，用來(lái)探測(cè)地形地貌、表面物質(zhì)成分、地下水冰、磁場(chǎng)和氣象狀況。

今后，我們將通過(guò)“祝融號(hào)”，看到火星上的奇特景象，例如藍(lán)色的夕陽(yáng)，渺小而珍貴的地球，這些都會(huì)激發(fā)我們的好奇心，重新思考人與地球的關(guān)系。

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