人類(lèi)探索火星60年，本月底將迎來(lái)中國(guó)的“客人”
01
冷戰(zhàn)時(shí)期，美蘇競(jìng)技
直至1971年，蘇聯(lián)發(fā)射的“火星2號(hào)”，終于成功進(jìn)入環(huán)繞火星的人造衛(wèi)星軌道?！盎鹦?號(hào)”著陸器和母體分離后命中火星表面，以粉身碎骨的方式成為火星上第一個(gè)人造物體。
得益于“火星2號(hào)”的經(jīng)驗(yàn)，蘇聯(lián)于1971年12月2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。
遺憾的是在著陸后，密封艙只在20秒里送回電視電波后信息就中斷了。然而就在這20秒時(shí)間中，它向地球傳回了來(lái)自火星地表的第一張照片。
在1990年前，蘇聯(lián) / 俄羅斯一共實(shí)施了17次火星探測(cè)任務(wù)，但這些任務(wù)完全以任務(wù)成功與否來(lái)衡量探測(cè)成果，政治目的強(qiáng)烈，科學(xué)目標(biāo)相對(duì)淡化。
1964年，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）發(fā)射了第一個(gè)火星探測(cè)器“水手3號(hào)”，不過(guò)也未能成功進(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)”，成功實(shí)現(xiàn)“飛掠”，發(fā)回了大量寶貴的一手資料。
“水手4號(hào)”
“水手4號(hào)”有兩項(xiàng)發(fā)現(xiàn)顛覆了人們的認(rèn)知。
首先，它發(fā)現(xiàn)火星表面在過(guò)去40億年里沒(méi)有發(fā)生過(guò)變化，既沒(méi)有地質(zhì)變遷也沒(méi)有風(fēng)化。其次，它發(fā)現(xiàn)火星沒(méi)有全球性的磁場(chǎng)，所以無(wú)法抵擋致命的宇宙射線(xiàn)。
之前人們一直猜測(cè)火星上有生命存在，甚至還可能是高等級(jí)智慧生物。但是，“水手4號(hào)”傳回的照片粉碎了人們對(duì)火星文明的幻想。
從“水手4號(hào)”以后，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)”，它成為了火星第一個(gè)人造衛(wèi)星。而且在“水星9號(hào)”接近火星的時(shí)候，拍到了火星全球性沙塵暴天氣，證實(shí)了天文學(xué)家之前的懷疑——火星上存在“超級(jí)沙塵暴”。
“水手9號(hào)”拍攝的“奧林匹斯火山” 來(lái)源：NASA
直到1972年，沙塵暴逐漸平息后，人類(lèi)才透過(guò)“水手9號(hào)”的眼睛目睹了火星的全貌。
NASA的科學(xué)家們看到了河床、撞擊坑、巨大的死火山、峽谷、極地沉積物、冰晶云，還有皚皚的白色晨霧。
“水手9號(hào)”發(fā)回的疑似水流過(guò)的痕跡，又使人們重新燃起了對(duì)這個(gè)獨(dú)特星球的興趣，期盼著能夠發(fā)現(xiàn)生命。
“水手9號(hào)”拍攝的“水手谷”（太陽(yáng)系最大最長(zhǎng)的峽谷之一） 來(lái)源：NASA
在這之后，美國(guó)又發(fā)射了“海盜”系列探測(cè)器，該系列探測(cè)器由軌道器和著陸器構(gòu)成。
“海盜號(hào)”
其中，“海盜1號(hào)”的著陸器于1976年9月成功登陸火星，并且成功傳回了火星表面的照片。
火星地表的真實(shí)面貌被展現(xiàn)出來(lái)。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)檠趸@得一片橙紅。
有趣的是，“海盜1號(hào)”后續(xù)傳回的一張照片引起了世界轟動(dòng)，被誤傳為火星人的形象。
最后證實(shí)拍攝的形似人臉的火星丘陵，實(shí)際是光影造成的錯(cuò)視。
來(lái)源：NASA
基于“海盜1號(hào)”傳回的數(shù)據(jù)，“海盜2號(hào)”于1975年9月9日帶著研究火星溫度、磁場(chǎng)、風(fēng)速、風(fēng)向、X射線(xiàn)光譜等任務(wù)發(fā)射升空，1976年9月3日觸地于火星烏托邦平原。
令人意外的是，“海盜2號(hào)”上搭載地震檢波器觀測(cè)到了一次難得一遇的火星地震，這為人類(lèi)探索地外天體提供了某種新的方向。、
02
90年代，美國(guó)成為火星探測(cè)先鋒
在此階段，美國(guó)開(kāi)始了其持續(xù)至今的“火星探測(cè)計(jì)劃”。
標(biāo)志性任務(wù)為“火星探路者”（MPF），其攜帶的“索杰納”（Sojourner）是全球第一輛在火星表面著陸的火星車(chē)。
“火星探路者”著陸器及“索杰納”火星車(chē)示意圖
“索杰納”主要采用太陽(yáng)能動(dòng)力，其行駛速度約60.96 cm/min，猶如蝸牛爬行。雖然行走速度慢，但著陸器和火星車(chē)兩者共發(fā)回了23億比特的信息。
這些信息中包括超過(guò)1.7萬(wàn)張照片，超過(guò)15條對(duì)周?chē)鷰r石和土壤的化學(xué)分析數(shù)據(jù)，以及大量有關(guān)著陸地點(diǎn)風(fēng)和其它氣候狀況的紀(jì)錄數(shù)據(jù)。
此次觀測(cè)顯示早期歷史上的火星環(huán)境可能更加和地球相似，其地表可能曾經(jīng)存在液態(tài)水，并且大氣層濃度也要高于現(xiàn)在。
同年，俄羅斯發(fā)射了“火星96”，結(jié)果由于發(fā)動(dòng)機(jī)故障，火箭第四級(jí)二次點(diǎn)火失敗，發(fā)射次日返回地球大氣層中墜毀。
在1998年，日本發(fā)射了“行星B軌道器”，雖然進(jìn)入了火星大氣層，觀測(cè)到了火星大氣層與太陽(yáng)風(fēng)的相互作用，但未能在火星表面著陸。
當(dāng)然，美國(guó)也有數(shù)次失敗的案例，但成功的概率遠(yuǎn)高于其他國(guó)家。
03
21世紀(jì)，火星探測(cè)百家爭(zhēng)鳴
21世紀(jì)初至2020年7月底，國(guó)外共實(shí)施了14次火星探測(cè)任務(wù)，該階段火星探測(cè)任務(wù)最大的特點(diǎn)是大部分任務(wù)均成功（俄羅斯的“福布斯-土壤”除外）。
各國(guó)開(kāi)展了對(duì)火星的長(zhǎng)期環(huán)繞探測(cè)和巡視探測(cè)，此階段的科學(xué)目標(biāo)集中在火星演化歷史探測(cè)和火星生命信息兩方面。
“鳳凰號(hào)”
讓人想不到的一個(gè)意外是，洞察號(hào)的“鼴鼠”（Mole）挖掘深度一直無(wú)法超過(guò)35 cm，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)最終未找出解決方法，只能被迫在2021年1月9日宣布停止這項(xiàng)計(jì)劃。
但好消息隨之而來(lái)，2021年2月19日凌晨4時(shí)55分，“毅力號(hào)”秒速5 km墜入火星大氣，超音速展開(kāi)降落傘，拋隔熱罩改用天空起重機(jī)，車(chē)體變形輪胎觸地完成著陸。
“毅力號(hào)”登陸火星想象圖 來(lái)源：NASA
憑借這些年發(fā)射的探測(cè)器，美國(guó)幾乎實(shí)現(xiàn)了對(duì)火星的立體勘察。
2015年NASA陸續(xù)宣布取得一系列關(guān)于火星的重大發(fā)現(xiàn)，包括火星表面存在液態(tài)水、火星表面存在遠(yuǎn)古湖泊、火星地表以下土壤中存在液態(tài)水，以及火星上存在極光現(xiàn)象等。
這些科學(xué)成果將進(jìn)一步改變?nèi)藗儗?duì)于火星的認(rèn)識(shí)，為在火星上尋找生命痕跡提供重要證據(jù)和有力信息支撐，將對(duì)人類(lèi)未來(lái)的太陽(yáng)系探索和地外生命搜尋產(chǎn)生重要影響。
“火星藍(lán)莓”（一種富含赤鐵礦的礦物結(jié)石） 來(lái)源：NASA
當(dāng)年，歐洲空間局以為此著陸器已墜毀于火星表面。
沒(méi)想到，2015年，美國(guó)的火星探測(cè)軌道飛行器MRO發(fā)現(xiàn)了疑似失蹤的“獵兔犬2號(hào)”：軌道圖像顯示此著陸器已成功登陸火星，但未能打開(kāi)電池板，因此無(wú)法與地球取得聯(lián)系。
“獵兔犬2號(hào)”就這樣失聯(lián)了十多年，算是火星探測(cè)史上的離奇事件。
但是，憑借“火星快車(chē)”任務(wù)，歐洲的火星探測(cè)也取得了重大發(fā)現(xiàn)。如發(fā)現(xiàn)火星北極附近一個(gè)未命名的環(huán)形山的底部，有一塊水凝結(jié)成的冰；2004年，火星快車(chē)號(hào)探測(cè)器發(fā)現(xiàn)了火星極光的存在。
2016年3月，歐俄合作的“火星生物學(xué)-2016”（ExoMars 2016）也發(fā)射升空，它包括“微量氣體軌道器”和著陸器（Schiaparelli）。
雖然2016年10月份，其軌道器成功進(jìn)入火星橢圓軌道，但其攜帶的著陸器卻發(fā)生故障，導(dǎo)致著陸器墜落損毀。
中國(guó)國(guó)家航天局也曾與俄羅斯聯(lián)邦航天局合作，2011年中國(guó)的“螢火一號(hào)”火星探測(cè)器搭載俄羅斯的運(yùn)載火箭發(fā)射。
但因運(yùn)載火箭發(fā)射失敗，“螢火一號(hào)”與俄羅斯的“福布斯號(hào)”火星探測(cè)器一起墜入了太平洋。
2020年7月20日，阿聯(lián)酋“希望號(hào)”火星探測(cè)器使用日本H－2A火箭發(fā)射升空。
它是阿拉伯國(guó)家首個(gè)深空探測(cè)器，由美國(guó)提供技術(shù)支持研制。而且，“希望號(hào)”已于2021年2月9日成功入軌，主要目標(biāo)是研究火星的大氣和氣候。
除以上國(guó)家之外，還有大家熟知的馬斯克火星計(jì)劃。今年2月4日，SN9號(hào)星艦點(diǎn)火起飛，結(jié)果沒(méi)能完成落地前最后的翻身動(dòng)作，最終墜毀。
星艦原型機(jī)SN9號(hào)落地瞬間
總體而言，在21世紀(jì)第二個(gè)十年內(nèi)，火星探索動(dòng)力最強(qiáng)勁的仍是美國(guó)。
“天問(wèn)一號(hào)”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)，用環(huán)繞器對(duì)火星開(kāi)展全球性、綜合性的環(huán)繞探測(cè)，這在人類(lèi)火星探測(cè)史上是前所未有的。
“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器飛向火星示意圖
采用這種“一舉三得”的探火方式，起點(diǎn)高，效益高，挑戰(zhàn)大。如果成功了，將使我國(guó)深空探測(cè)能力和水平實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，成為世界第3個(gè)在火星著陸、第2個(gè)在火星巡視的國(guó)家。
國(guó)外火星探測(cè)能力對(duì)標(biāo)
在“毅力號(hào)”著陸后，本輪火星探測(cè)的第一階段已經(jīng)結(jié)束。2020年發(fā)射的三臺(tái)火星探測(cè)器（“毅力號(hào)”“希望號(hào)”“天問(wèn)一號(hào)”）都取得了各自的階段性進(jìn)展，開(kāi)始收集科學(xué)數(shù)據(jù)，希望它們?yōu)槲覀儙?lái)更多關(guān)于火星的認(rèn)知。
參考文獻(xiàn)
