人類探索火星60年，本月底將迎來中國的“客人”
01
冷戰(zhàn)時期，美蘇競技
直至1971年，蘇聯(lián)發(fā)射的“火星2號”，終于成功進入環(huán)繞火星的人造衛(wèi)星軌道?！盎鹦?號”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人造物體。
得益于“火星2號”的經(jīng)驗，蘇聯(lián)于1971年12月2日發(fā)射的“火星3號”，首次實現(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秒時間中，它向地球傳回了來自火星地表的第一張照片。
在1990年前，蘇聯(lián) / 俄羅斯一共實施了17次火星探測任務，但這些任務完全以任務成功與否來衡量探測成果，政治目的強烈，科學目標相對淡化。
1964年，美國國家航空航天局（NASA）發(fā)射了第一個火星探測器“水手3號”，不過也未能成功進入軌道。
同年，美國發(fā)射的第二個火星探測器“水手4號”，成功實現(xiàn)“飛掠”，發(fā)回了大量寶貴的一手資料。
“水手4號”
“水手4號”有兩項發(fā)現(xiàn)顛覆了人們的認知。
首先，它發(fā)現(xiàn)火星表面在過去40億年里沒有發(fā)生過變化，既沒有地質(zhì)變遷也沒有風化。其次，它發(fā)現(xiàn)火星沒有全球性的磁場，所以無法抵擋致命的宇宙射線。
之前人們一直猜測火星上有生命存在，甚至還可能是高等級智慧生物。但是，“水手4號”傳回的照片粉碎了人們對火星文明的幻想。
從“水手4號”以后，人們對火星生命的研究就轉向了微生物。
1971年5月，美國發(fā)射了“水手9號”，它成為了火星第一個人造衛(wèi)星。而且在“水星9號”接近火星的時候，拍到了火星全球性沙塵暴天氣，證實了天文學家之前的懷疑——火星上存在“超級沙塵暴”。
“水手9號”拍攝的“奧林匹斯火山” 來源：NASA
直到1972年，沙塵暴逐漸平息后，人類才透過“水手9號”的眼睛目睹了火星的全貌。
NASA的科學家們看到了河床、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”發(fā)回的疑似水流過的痕跡，又使人們重新燃起了對這個獨特星球的興趣，期盼著能夠發(fā)現(xiàn)生命。
“水手9號”拍攝的“水手谷”（太陽系最大最長的峽谷之一） 來源：NASA
在這之后，美國又發(fā)射了“海盜”系列探測器，該系列探測器由軌道器和著陸器構成。
“海盜號”
其中，“海盜1號”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。
火星地表的真實面貌被展現(xiàn)出來。這是一個空曠、貧瘠、亂石遍布的世界，富含鐵元素的土壤因為氧化而顯得一片橙紅。
有趣的是，“海盜1號”后續(xù)傳回的一張照片引起了世界轟動，被誤傳為火星人的形象。
最后證實拍攝的形似人臉的火星丘陵，實際是光影造成的錯視。
來源：NASA
基于“海盜1號”傳回的數(shù)據(jù)，“海盜2號”于1975年9月9日帶著研究火星溫度、磁場、風速、風向、X射線光譜等任務發(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”上搭載地震檢波器觀測到了一次難得一遇的火星地震，這為人類探索地外天體提供了某種新的方向。、
02
90年代，美國成為火星探測先鋒
在此階段，美國開始了其持續(xù)至今的“火星探測計劃”。
標志性任務為“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。
“火星探路者”著陸器及“索杰納”火星車示意圖
“索杰納”主要采用太陽能動力，其行駛速度約60.96 cm/min，猶如蝸牛爬行。雖然行走速度慢，但著陸器和火星車兩者共發(fā)回了23億比特的信息。
這些信息中包括超過1.7萬張照片，超過15條對周圍巖石和土壤的化學分析數(shù)據(jù)，以及大量有關著陸地點風和其它氣候狀況的紀錄數(shù)據(jù)。
此次觀測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”，結果由于發(fā)動機故障，火箭第四級二次點火失敗，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”，雖然進入了火星大氣層，觀測到了火星大氣層與太陽風的相互作用，但未能在火星表面著陸。
當然，美國也有數(shù)次失敗的案例，但成功的概率遠高于其他國家。
03
21世紀，火星探測百家爭鳴
21世紀初至2020年7月底，國外共實施了14次火星探測任務，該階段火星探測任務最大的特點是大部分任務均成功（俄羅斯的“福布斯-土壤”除外）。
各國開展了對火星的長期環(huán)繞探測和巡視探測，此階段的科學目標集中在火星演化歷史探測和火星生命信息兩方面。
“鳳凰號”
讓人想不到的一個意外是，洞察號的“鼴鼠”（Mole）挖掘深度一直無法超過35 cm，項目團隊最終未找出解決方法，只能被迫在2021年1月9日宣布停止這項計劃。
但好消息隨之而來，2021年2月19日凌晨4時55分，“毅力號”秒速5 km墜入火星大氣，超音速展開降落傘，拋隔熱罩改用天空起重機，車體變形輪胎觸地完成著陸。
“毅力號”登陸火星想象圖 來源：NASA
憑借這些年發(fā)射的探測器，美國幾乎實現(xiàn)了對火星的立體勘察。
2015年NASA陸續(xù)宣布取得一系列關于火星的重大發(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。
這些科學成果將進一步改變?nèi)藗儗τ诨鹦堑恼J識，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，將對人類未來的太陽系探索和地外生命搜尋產(chǎn)生重要影響。
“火星藍莓”（一種富含赤鐵礦的礦物結石） 來源：NASA
當年，歐洲空間局以為此著陸器已墜毀于火星表面。
沒想到，2015年，美國的火星探測軌道飛行器MRO發(fā)現(xiàn)了疑似失蹤的“獵兔犬2號”：軌道圖像顯示此著陸器已成功登陸火星，但未能打開電池板，因此無法與地球取得聯(lián)系。
“獵兔犬2號”就這樣失聯(lián)了十多年，算是火星探測史上的離奇事件。
但是，憑借“火星快車”任務，歐洲的火星探測也取得了重大發(fā)現(xiàn)。如發(fā)現(xiàn)火星北極附近一個未命名的環(huán)形山的底部，有一塊水凝結成的冰；2004年，火星快車號探測器發(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-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，其軌道器成功進入火星橢圓軌道，但其攜帶的著陸器卻發(fā)生故障，導致著陸器墜落損毀。
中國國家航天局也曾與俄羅斯聯(lián)邦航天局合作，2011年中國的“螢火一號”火星探測器搭載俄羅斯的運載火箭發(fā)射。
但因運載火箭發(fā)射失敗，“螢火一號”與俄羅斯的“福布斯號”火星探測器一起墜入了太平洋。
2020年7月20日，阿聯(lián)酋“希望號”火星探測器使用日本H－2A火箭發(fā)射升空。
它是阿拉伯國家首個深空探測器，由美國提供技術支持研制。而且，“希望號”已于2021年2月9日成功入軌，主要目標是研究火星的大氣和氣候。
除以上國家之外，還有大家熟知的馬斯克火星計劃。今年2月4日，SN9號星艦點火起飛，結果沒能完成落地前最后的翻身動作，最終墜毀。
星艦原型機SN9號落地瞬間
總體而言，在21世紀第二個十年內(nèi)，火星探索動力最強勁的仍是美國。
“天問一號”將通過一次發(fā)射實現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視三項任務，用環(huán)繞器對火星開展全球性、綜合性的環(huán)繞探測，這在人類火星探測史上是前所未有的。
“天問一號”火星探測器飛向火星示意圖
采用這種“一舉三得”的探火方式，起點高，效益高，挑戰(zhàn)大。如果成功了，將使我國深空探測能力和水平實現(xiàn)跨越式發(fā)展，成為世界第3個在火星著陸、第2個在火星巡視的國家。
國外火星探測能力對標
在“毅力號”著陸后，本輪火星探測的第一階段已經(jīng)結束。2020年發(fā)射的三臺火星探測器（“毅力號”“希望號”“天問一號”）都取得了各自的階段性進展，開始收集科學數(shù)據(jù)，希望它們?yōu)槲覀儙砀嚓P于火星的認知。
參考文獻
