人类为什么一定要上火星？

本文来自微信公众号：地球知识局（ID：diqiuzhishiju），作者：常教员，编辑：养乐多，头图来自：《火星救援》

2020年7月23日下午，肩负着为中国火星探测工程“天问计划”发射第一组探测设备的中国重器“长征五号遥四运载火箭”成功发射，举国欢庆。

七个月后，“天问一号”探测器就将抵达火星，择机着陆、巡视，为中国航天事业再续新的光辉。

也是在这一年，美国和阿联酋也先后表达了探索火星的意愿。

人类走向星辰大海的脚步越来越快，但为什么大家都把火星当成了如此重要的一站呢？

为什么是火星？

在太阳系大家庭中，火星最突出的特点，要数它的外观。由于表面上布满了氧化铁，这让火星看上去是鲜亮的橘红色，比其他行星都具有更强烈的视觉冲击力。对于古代的天文学家和占星家来说，火星这颗行星几乎是没有办法忽略的，因此古人也很喜欢给这样一颗特别的行星冠以有趣的名字。

火星的真实色彩影像，2007年2月由罗塞塔号拍摄（图片：Wikipedia）

在西方文化中，火星被成为马尔斯（Mars），这是古罗马神话中战神的名字，它的前身则是希腊神话中的战神阿瑞斯（Ares）。战神保佑战士，而属于战士们的颜色，是钢铁的黑与鲜血的红，将火星比作战神看上去是再合适不过。

人类获得的第一张火星表面彩照（美国维京一号探测器 1976-07-21）（图片来自Wikipedia@NASA/JPL）

在中国传统天文中，火星则被成为“荧惑”，其中的“荧”字形容的就是火星如火的外观，简称就是“火”。这也是当代天文中它被成为“火星”的原因。至于“惑”字，则和火星令人捉摸不定的走向有关系。

由于火星的自转轴倾角、自转周期都和地球相当，公转周期却是地球的两倍，在相同中又蕴藏着剧烈的变化，因此从地球的角度观察，火星的运动轨迹十分诡异，亮度也是时明时暗，常常让古代的观星家感到迷惑。这一点，在中外天文典籍中都有所体现。

在只能借助肉眼观测的古代，火星的行踪可以说是很神秘了（蓝色的点为地球，粉色轨道为火星对地球的相对位置）（图片来自Wikipedia@Phoenix7777）

种种特质，让火星成为了自古以来天文观察中都不可或缺的对象，与金星一起占据了行星类观察的C位。

然而促使人类前赴后继地登陆火星的原因，则不是因为火星奇妙的外观，而是因为它的另一些独特的性质。

火星是太阳系中的第四颗行星，比地球离太阳稍远，因此比起水星和金星，火星因为太阳照射而产生的温度变化相对可接受。这无论是对于无人探测器还是未来的人类登陆火星来说，都是一个好消息。

火星南极的冰盖约8米厚，是冬季时凝华而成，但即使是夏季，南极的干冰也并不会完全升华消失（2000年-南极仲夏的冰盖）（图片：Wikipedia / NASA）

同时，由于构成火星的基本物质是硅酸盐岩石，成分上和地球很相近，甚至被推测有过和地球一样的地质板块运动，因此可以成为宇宙地质考察的重点对象。目前科学家们已经发现了火星上的四个地质年代，还发现了火星北半球和南半球在形成年代与地质结构方面的巨大差异，是一个令人饶有兴趣的课题。

火星上一处疑似冰河的地形（图片：Wikipedia / NASA）

关于火星上水冰，甚至液态水、微生物的发现与猜测，更是刺激着人们对地外生命的探索。我们在宇宙中是不是孑然一身的独特存在？或许火星能给出一个参考答案。

有人猜测这张照片里的是蠕虫化石，但也可能是地质构造而已（2018-火星-大风火山口）（图片：Wikipedia / NASA）

当然，最重要的原因，恐怕是因为火星与地球之间的距离。人类对宇宙深空的认知，就像是孩子的蹒跚学步，总要一步一个脚印地向远处走。当人类的足迹踏上了月球，那下一个目标就得是距离自己最近的行星，只有当我们征服了火星，才能奢谈向太阳系外进军。

前赴后继地奔向火星

人类对火星的探索几乎是和奔向宇宙同时就出现了。1960年代，当美苏两国的火箭技术第一次能让航天器摆脱地球引力的时候，第一批火星探测器就已经奔向了火星。

为了在太空竞赛中获得尽可能大的优势，苏联率先出手，在1960年和1962年分别向火星发射了5颗探测器。这些探测器的任务并不复杂，无非是在火星轨道上搜集数据，但遗憾的是，它们没有一个能完成任务，甚至连到达火星周边的都没有。

苏联的火星计划最接近成功的一次是火星1号，可惜探测器在进入深空一年半后，由于导航设备故障失联了（图片来自Wikipedia@NASA）

眼见苏联的败绩，美国一度认为自己掌握了后发优势，从1964年开始不断向火星发起冲击，然而第一次尝试也以失败告终。无数的失败背后，是巨量的人力物力成本，种种尝试也让人们感到有些灰心丧气。

美国的初次尝试——水手3号，因为电池板无法展开而错过了宝贵的观测时机，变成了一块太空垃圾（图片来自Wikipedia@NASA）

直到美国的第二次尝试、全人类的第7次尝试，水手4号才向地球发来了第一批来自火星的遥感信号。人类这时才第一次得以近距离观察火星上的实际情况，真正进入了火星时代。

水手4号有史以来第一枚掠过火星，并发回探测数据的探测器，（图为由水手4号所拍摄的法厄同区的水手坑）（图片来自Wikipedia@NASA ）

但此后的火星探险仍然是流年不利，失败的尝试多，成功的尝试少。直到今天，人类的火星探测计划总成功率还是徘徊在一半左右。美国科学家们甚至编了一个科学笑话，说地—火之间怕不是有一只“深空食尸鬼”，专门吞噬人类向火星发出的探测器？

让人类感到压力的成功率……

从科学上来说，这只“深空食尸鬼”倒是确实存在的。只不过它代表的不是一只真的有吞食天地能力的怪兽，而是地—火深空探索中的种种难点。

火星不同于月球，与地球之间的距离太远，地球上的电磁信号抵达火星需要几十分钟，换言之地面指挥中心完全无法在瞬息万变的降落阶段为探测器提供实质性的指挥帮助，它想平安着陆只能靠自己。而当时的计算机和人工智能水平根本无法支撑这么复杂的工作。

火星奥德赛号 2001.10.24至2002.10.24日围绕火星的轨迹，过程中但凡出一点差错，就前功尽弃了（图片来自Wikipedia@Phoenix7777）

此外遥远的距离也意味着地球和火星之间受到的太阳影响无遮无拦，无论是探测器的物理装置还是电磁信号，都容易受到宇宙物质和辐射的干扰。这也是为什么很多探测器即使抵达了指定位置也没办法传回有效的信号。

时过境迁，随着人类航天技术的不断提高，火星探测的成功率也越来越高，能参与其中的玩家也越来越多了。在苏联解体之后，如今有能力、有意愿探索火星的国家包括了中美日欧印甚至阿联酋。

美国的旅居者探测器，正在对火星上的岩石进行X射线光谱仪测量（图片：Wikipedia / NASA）

而中国在其中的表现则是尤其值得一提的。

作为这场竞逐的后来者，中国航天事业的起步很晚，起点也不高，还曾有过与俄罗斯合作的“萤火一号”的失败经历。但对于中国航天人来说，所有杀不死他们的挫折，都只会让他们变得更强。在吸收前人经验、总结自身教训的基础上，“天问一号”成为了中国航天最新的希望。

2020年4月24日是中国第五个航天日，中国的火星探测计划也在这天被公开（图片来自微博@央视新闻）

“天问一号”的特别之处在于，它没有按照常规的探火路径，而是一步到位地力求实现绕、落、巡三个步骤，是各国火星探索计划中一次性进展最快的一个。

中国航天人已经实现了月球背面登陆，探索火星还会远吗？

天问的中国梦

中国的火星计划叫天问，来自屈原的名作。在新华社的报道中，也引用了这首楚辞长诗中的句子：“圜则九重，孰营度之？”

是啊，九重高天里充满了秘密，应该由谁来度量探测呢？

中国航天人用实际行动，回答了两千多年前这位先贤提出的灵魂拷问。

而通过这个名字，“天问”两个字也已经成为了一代代中国航天人中国梦的具象化表现，和“嫦娥”、“长征”、“悟空”这些充满浪漫气息的名字一样，被永远铭刻在航天史册上。

这种共情，或许不需要真的参与航天开发。当长征五号搭载着“天问一号”升入天空时，中国人一定都会有一种圆梦的畅快感。因为“天问”所代表的中国梦，是所有中国人所共享的。

航天事业需要国人的支持、祝福和参与，越多的普通人与天问中蕴含的中国梦产生连结，中国的航天事业才能发展得越快、越好。

真诚祝福天问一号能在七个月后顺利登陆火星，汇聚着国人的热情，与这个我们熟悉又陌生的世界问好。

本文来自微信公众号：地球知识局（ID：diqiuzhishiju），作者：常教员